计算机组成原理 [袁春风]chap4（精品ＰＰＴ）.ppt

第四章 存储系统 南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风 第四章 内部存储器 存储器的基本概念 半导体存储器 多模块存储器 高速缓冲存储器 辅助(外部)存储器 虚拟存储器 4.1 存储器的基本概念 基本术语 主要性能指标 存储器分类 存储器分级体系结构 4.1 .1 基本术语 记忆单元（位元）：具有两种稳态的能够表示二进制数码0和1的物理器件。 存储单元：主存中具有相同地址的那些位构成一个存储单元。 存储体：若干存储单元构成一个存储体。 编址方式：对存储体中各存储单元进行编号的方式。 按字节编址 按字编址 按半字编址 存储器地址寄存器（MAR）：用于存放主存单元地址的寄存器。 存储器数据寄存器（MDR）：用于存放主存单元中的数据的寄存器。 4.1 .1 基本术语 存储字、编址单位和传输单位 机器字长：运算器中参加运算的寄存器的位数。 存储字：①存储器按机器字长组织的一个“自然”单位。它的长度一般应等于一个数或指令的位数。但大多数机器并不是这样。②存储芯片中的一个读写单位。 编址单位：一个存储单元的位数。有的按字编址，有的按字节编址，等等。 传输单位：对主存而言，指一次从存储器读出或写入的数的位数，它可以不等于存储字的长度，也可不等于编址单位。对外存而言，数据通常按块传输。 （例如：386/486等，其编址单位为字节、字长为32位，单字位数为16位，但传输单位可以是8/16/24/32位。） 4.1.2 主要性能指标 存储容量 ：存储器能够容纳的二进制信息量。 4.1.2 主要性能指标 存取速度 存取时间TA；存储器接到读/写命令后到被读数据稳定在MDR的输出端或数据被写入某单元为止的时间间隔。也称读写时间。 存储周期TMC：连读两次访问存储器所需的最小时间间隔，它应等于存取时间加上下一存取开始前所要求的附加时间（ 因为存储器由于读出放大器、驱动电路等都有一段稳定恢复时间，所以读出后不能立即进行下一次访问。 ）。因此，TMC比TA大。 最大数据传输率R：连续访问时每秒钟从存储器入出的信息量。单位： 位/秒(bps) 或 字节/秒(Bps) 。 RAM：R=W/ TMC （假定存储周期是500ns，每次读写一个字(16位),则最大数据传输率为：16b/500ns=32Mbps。) 磁表面： TN =TA+N/R (其中TN 为读写N位的平均时间；TA为平均存取时间；N为位数) 速度计量单位：毫秒= 10-3秒(m s)，微秒=10-6秒(μ s)，纳秒=10-9秒(ns) 4.1.2 主要性能指标 价格（每位成本） 存储器的价格常用每位(bit)的价格来衡量。 它不仅包含了存储元件本身的价格，也包括为该存储器操作服务的外围电路的价格。 一般来说，用来组成主存的存储器价格较高，如半导体存储器（双极型和MOS型存储器）。辅助存储器（如磁盘、磁带、光盘）的价格则低得多。 速度很高的存储器往往价格较贵，容量也不可能很大。因此容量、速度、价格三个指标是互相制约的。 4.1.2 主要性能指标 可靠性 4.1.2 主要性能指标 其他性能指标 集成度：每个芯片所含的二进制信息量。 功耗：发热程度和耗电量。 集成度和功耗是矛盾的两个方面。我们希望集成度大而功耗小，但一般集成度越大，功耗也越大。 4.1.3 存储器分类 （1）按工作性质/存取方式分类 随机存取存储器(RAM) ：每个单元的读写时间一样，且与各单元所在位置无关。如：内存。 顺序存取存储器(SAM)：数据按顺序从存储载体的始端读出或写入，因而存取时间的长短与信息所在位置有关。例如：磁带。 直接存取存储器：利用一个共享读写机制，直接定位到要读写的数据块，在读写某个数据块时按顺序进行。例如：磁盘。 相联存取存储器：按内容检索到存储位置进行读写。例如：快表。 4.1.3 存储器分类 （2）按存储介质分类 4.1.3 存储器分类 （3）按信息的可更改性分类 4.1.3 存储器分类 （5）按功能/容量/速度/所在位置分类 寄存器：封装在CPU内，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据。 Cache：位于CPU内部或附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据。速度可与CPU匹配，容量小。 内存储器（主存储器）：位于CPU之外，用来存放已被启动的程序及所用的数据。容量较大，速度较快。 外存储器（辅助存储器）：位于主机之外，用来存放暂不运行的程序和数据。容量大而速度慢。 从使用和维护角度来说，计算机最好使用一个容量极大而速度极快的存储器。但往往做不到。因而采用一种分级体系结构，使各种不同功能/容量/速度/价格的存储器相互协调以构成最佳性能的存储系统。 4