主存储器与存储系统.pdfVIP

主存储器与存储系统--第1页

主存储器与存储系统

1、存储系统的组成

1.1、存储器的分类

按存储器在计算机系统中的作用分类：

高速缓冲存储器：高速缓冲存储器(Cache)位于主存和CPU之间，用于存放

正在执行的程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们。Cache的存储速度与

CPU的速度相匹配，但存储量较小，价格较高，一般制作在CPU芯片中

主存储器：主存用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直

接随机地进行读写访问。主存有一定容量，存储速度较高。由于CPU要频繁地

访问主存，所以主存的性能在很大程度上影响了整个计算机系统的性能

辅助存储器：辅助存储器又称为外部存储器或后援存储器，用于存放当前

暂不参与运行的程序和数据以及一些需要永久性保存的信息。辅存设在主机外

部，容量极大且成本很低，但存储速度较低，而且CPU不能直接访问它。辅存

中的信息必须通过专门的程序调入主存后，CPU才能使用

1.2、存储系统的层次结构

为了解决容量、存储速度和价格之间的矛盾，通常把各种不同的存储容量、

不同存储速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的存

储系统

由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为

两个层次，其中高速缓存和主存之间称为Cache-主存存储层次(cache存储系

统)，主存-辅助存储层次(虚拟存储系统)

Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。在Cache和主存之间，

增加辅助硬件，让它构成一个整体。从CPU看，速度接近Cache的速度，容量

主存储器与存储系统--第1页

主存储器与存储系统--第2页

是主存的容量。Cache存储系统全部用硬件来调度，对应用程序员和系统程序

员都是透明的

虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。在主存和辅存之间，增

加辅助的软硬件，让它们构成一个整体。从CPU看，速度接近主存的速度，容

量是虚拟的地址空间。虚拟存储系统需要通过操作系统来调度，对系统程序员

是不透明的，但对应用程序员是透明的

2、主存储器的组织

2.1、主存储器的基本结构

主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成

存储体是主存储器的核心，程序和数据都存放在存储体中

地址译码驱动电路实际上包含译码器和驱动器两部分。译码器将地址总线

输入的地址转换成与之对应的译码输出线上的有效电平，以表示选中了某一存

储单元。然后由驱动器提供驱动电流去驱动相应的读写电路。完成对选中存储

单元的读写操作

I/O和读写电路包括读出放大器、写入电路和读写控制电路，用以完成被

选中存储单元中各位的读出和写入操作

主存的读写操作是在控制器的控制下进行的，半导体存储芯片中的I/O和

读写电路必须在接收到来自控制器的读写命令后，才能实现正确的操作

2.2、数据在主存中的存放

边界对齐法：假设数据字长32位，存储字长(一个存储周期最多能够从主

存读写的数据位数)64位。双子数据的起始地址的最末三个二进制位必须是000，

单字数据的起始地址的最末两位必须为00，半字数据的起始地址的最末位必须

为0。这种存储方式能保证无论访问双字、单字、半字或字节，都能在一个存

储周期完成。

3、半导体随机存储器和只读存储器

主存储器与存储系统--第2页

主存储器与存储系统--第3页