存储系统计算机组成原理.PPT

第六章 存储系统 《 计 算 机 组 成 原 理 》精 品 课 程 主要内容 6.1 存储器的基本概念 6.1.1 存储器分类 根据存储器件的性能及使用方法不同，常用的有三种分类: 1.按存储方式分类 (1）顺序存储器（SAM）：这类存储器特点是只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。磁带存储器就属于顺序的存储器，它的存储容量大，但存取速度慢。 (2）随机存储器（RAM）：这类存储器的特点是CPU在任一时刻都可按地址访问其任一个存储单元，且存取时间和存储单元的物理位置无关，都是一个存取周期。半导体存储器通常都属于这类存储器。 (3）直接存取存储器（DAM）: DAM既不象RAM那样随机地访问任一个存储单元，也不象SAM那样严格按着顺序进行存取，而是介于两者之间。存储信息时，先指向存储器中的某个小区域，然后在该小区域内按顺序检索，直到找到目标单元后再进行读/写操作。这种存储器的存取时间和信息所在的位置是有关的。磁盘、磁鼓就属于这类存储器。 (4）只读存储器(ROM)：此类存储器正常工作时存储的内容只能读出而不能写入，因此存储内容是固定不变的，通常用来存放不需要改变的信息。 3.按存储介质分 (1)半导体存储器。存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器。其优点是体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信息也随即丢失，是易失性存储器。 (2)磁表面存储器。磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作时磁层随载磁体高速移动，用磁头在磁层上进行读写操作，为磁表面存储器。 (3)光盘存储器。光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储器，具有非易失性的特点。光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等。 6.1.3 存储器的层次结构 1.Cache-主存存储层次 CPU与主存之间的速度差大约有一个数量级，设置Cache是提高系统速度的重要方法。Cache容量不大，但速度很高，CPU将要执行的指令和数据先从主存调入Cache，执行时，如果Cache中有，就直接在Cache中进行访问，否则从主存中访问。Cache-主存间的地址映像和调度是由硬件实现的。 从CPU角度来看，Cache-主存存储层次的速度接近于Cache的速度，容量是主存的，每位价格接近于主存的。因此，解决了主存储器的速度与价格间的矛盾。 2.主存-辅存存储层次 辅助存储器是主存的补充，用来存放暂时不用的程序和数据。主存-辅存层次通过附加的硬件及存储管理软件来控制，使主存-辅存形成一个整体，称之为虚拟存储器。 从整体看，主存-辅存存储层次的速度接近于主存的速度，容量是辅存的，而每位的价格接近于廉价的辅存的，从而解决了主存储器在大容量和低成本间的矛盾。 综上所述，三级存储层次的总体效果是：存取速度接近于Cache的，存储容量是辅存的，存储器的每位价格接近辅存的。 6.1.4 主存储器的基本组成 半导体存储芯片的译码方式有两种：单译码法和双译码法 　　（1)单译码法 （2)双译码法 6.2 半导体存储器 半导体存储器具有体积小、存取速度快等优点，因而适合作为内存储器使用。半导体存储器根据功能可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM），而RAM根据原理可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两大类。存储器又有MOS型和双极型之分，在此只介绍MOS型RAM，包括MOS型SRAM，MOS型DRAM和ROM的原理和特点。 6.2.1 MOS型静态RAM 1. 基本存储单元——六管静态存储单元 2.静态RAM读时序周期 3.静态RAM写时序周期 6.2.2 动态RAM 1. 基本存储单元电路 DRAM的存储单元是靠栅极电容来保存信息的，常见的有三管和单管MOS电路。三管MOS电路如图6.10所示， Tl、T2，T3三个MOS管组成三管MOS动态RAM基本单元电路。 2.动态RAM芯片举例 3.动态RAM的时序 4.动态RAM的刷新 （1）集中刷新。 （2）分散刷新。 （3）异步刷新。 （4）透明刷新。 6.2.3 只读存储器ROM 根据制作工艺不同，半导体只读存储器可以分为ROM、PROM、UVEPROM和EEPROM等类型。 1.掩膜只读存储器（masked ROM） 2.可编程ROM（PROM） 3.可擦除可编程的ROM（EPROM）