国防科技大学非计算机专业计算机原理课件第五章 存储器.ppt

计算机系统原理 第五章 存储器 第五章 存储器 第五章 存储器 本章的特点 内容繁杂、联系广泛 涉及学科多：电、磁、光、机械、半导体等 涉及对象多：电路、芯片、设备、系统 涉及课程多：物理、导论、电子技术、数字逻辑 名词术语、概念多 设备器件更新变化快 新型芯片不断涌现、集成度越来越高 设备器件淘汰快 计算机专用设备不断推出 主要内容 存储器的组织和基本原理 存储器概述——基本概念、存储层次结构 主存储器——半导体存储器 高速缓冲存储器 辅助存储器——磁表面存储器、光盘存储器、闪存 主要内容 1. 存储器概述 知识点 存储器的基本概念 存储器的层次结构 分类与性能指标 主要内容 2. 内主存储器（Internal Memory） 亦称主存储器（Main Memory）。内存比主存的内涵大，内存还包括高速缓冲存储器 （Cache）、接口电路等 知识点 随机访问存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM (Read Only Memory) 相联存储器AM (Associative Memory)，亦称按内容寻址存储器CAM (Content Addressed Memory) 主要内容 3. 高速缓冲存储器 知识点 Cache的工作原理 Cache — 主存地址映射 Cache的分类 Cache的替换策略 主要内容 4. 外存储器（External Memory） 亦称辅助存储器（Auxiliary Memory） 知识点 磁表面存储器MSM（Magnetic Surface Memory） 光盘存储器ODM（Optical Disk Memory） 闪存（ Flash Memory ） 本讲简要说明 目的与要求：了解存储器在计算机中的作用和地位 ，理解存储器的层次结构以及存储器分类；了解主存储器的基本组成及操作过程，理解主存储器中的数据组织 、主存储器的主要技术指标及其采用的选址方式 授课重点：存储器的层次结构以及存储器分类，主存储器中的数据组织 、主存储器的主要技术指标及其采用的选址方式 授课难点：存储器层次结构，主存储器选址方式 阅读章节：第5.1节、第5.2节的第一部分概述 作业安排：P203 5.3 、5.4 、5.6 、5.7 5.1.1 基本概念 5.1.1 基本概念 存储器(Memory/Storage) Memory：本意为“记忆装置”。多指存储器的整体(包括：记录介质，有关电路和其他部件) Storage：本意为“仓库”。多指记录介质本身(包括：磁带、磁盘、磁卡、磁鼓、存储矩阵) 5.1.2 存储器的层次结构 面临的挑战之一：存储墙问题 存储器读写速度远远低于CPU处理速度，90ns：0.3ns 5.1.2 存储器的层次结构 5.1.2 存储器的层次结构 2） 速度(T) 存取时间（Ta）：从接收读/写命令到信息从存储器读出/写入所需的时间 存储周期（TM)：连续两次启动同一存储器所需的最小时间间隔 存储带宽 (Bm)：存储器连续访问时，可提供信息的传送速率， 即每秒传送的信息位数 Bm= w / TM 存储访问的局部性原理 指程序在执行的过程中，对存储器中的内容的访问不是随机的，而是相对集中的 时间局部性：最近访问的存储单元在不久的将来仍将被访问（如程序循环） 空间局部性：下次访问的存储单元很可能就在刚刚访问的存储单元附近（程序中大部分指令都是顺序存储和顺序取出执行，数据是聚集存放：如向量、数组、树、表） 5.1.2 存储器的层次结构 “Cache—主存” 层次（Cache存储系统） 目的：弥补主存速度的不足 5.1.2 存储器的层次结构 “主存—辅存”层次（虚拟存储系统） 目的：弥补主存容量的不足 5.1.3 存储器分类 分类标准 按存储器的存储介质分 按存储器的存取方式分 按存储器在计算机中的作用分 5.1.3 存储器分类 按存储器的存储介质分 存储介质特点 两种稳定的物理状态 方便地检测出属于哪种稳定状态 状态之间容易相互转换 半导体存储器（SCM） 存储位元是由半导体器件组成的存储器 速度快，用作内存 记忆原理：双稳态触发器、电容（静态、动态） 按制造工艺分为 双极型 (TTL)半导体存储器 MOS半导体存储器 5.1.3 存储器分类 按存储器的存储介质分 磁表面存储器MSM 用陶瓷、非磁性金属或塑料作载磁体，磁化后具有两种不同的剩磁状态记录信息“1”和“0” 容量大，用作外存 按载磁体形状的不同分为 磁盘存储器 磁带存储器 磁鼓存储器 5.1.3 存储器分类 按存储器的存储介质分 光盘存储器ODM 用有机玻璃作载磁体，利用光学原理存储数据并用光学读写头来存取信息 可靠性好，记录密度高