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计算机的存储器教案

REPORTING

目录

存储器概述

主存储器

辅助存储器

高速缓冲存储器

存储器的层次结构

存储器的应用与发展趋势

PART

01

存储器概述

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存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

存储器定义

存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、准确地提供这些信息。

存储器功能

主存储器直接与CPU相连，存放当前正在使用的或随时需要使用的程序和数据，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

辅助存储器作为主存储器的扩充，用于存放系统当前不常用或需要长期保存的程序和数据，如硬盘、软盘、光盘等。

辅助存储器

主存储器

早期存储器

早期的计算机存储器采用磁鼓、延迟线等作为主存储器，容量小、速度慢。

半导体存储器

随着半导体技术的发展，出现了半导体存储器，如DRAM、SRAM等，容量逐渐增大，速度也得到提高。

新型存储器

近年来，出现了许多新型存储器技术，如闪存、铁电存储器等，它们具有非易失性、高速读写等特点，被广泛应用于各种电子设备中。

PART

02

主存储器

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主存储器是计算机系统中的主要记忆设备，用于存放当前正在执行的程序和数据。

主存储器具有高速、随机、直接访问等特点，是计算机中最重要的存储设备之一。

与辅助存储器相比，主存储器的容量较小，但访问速度更快。

主存储器的存储容量是指它可以存储的信息量，通常以字节（Byte）为单位进行度量。

存储容量

存取速度是指从主存储器中读取或写入信息所需的时间，通常以纳秒（ns）为单位进行度量。

存取速度

主存储器的可靠性是指它在长时间使用过程中保持数据正确性的能力。

可靠性

功耗是指主存储器在工作过程中所消耗的电能。

功耗

存储体

存储体是主存储器的核心部分，由大量的存储单元组成，每个存储单元可以存储一定位数的二进制信息。

地址译码器

地址译码器用于将CPU送来的地址码转换成存储体内部对应的地址，以实现对存储单元的访问。

读写电路

读写电路用于控制对存储单元的读/写操作，包括放大、驱动、保护等功能。

控制逻辑

控制逻辑用于产生各种控制信号，以实现对主存储器的各种操作和控制。

读操作

读操作是指从主存储器中读取信息的操作，CPU首先向地址总线送出地址码，然后通过控制总线向主存储器发出读命令，最后从数据总线接收读出的信息。

刷新操作

对于动态随机存取存储器（DRAM），由于存储单元中的信息会随着时间的推移而逐渐消失，因此需要定期进行刷新操作，以保持信息的正确性。

控制信号

控制信号是由CPU发出的，用于控制主存储器的各种操作，如片选信号、读写信号、地址锁存信号等。

写操作

写操作是指向主存储器中写入信息的操作，CPU首先向地址总线送出地址码，然后通过控制总线向主存储器发出写命令，最后将需要写入的信息送到数据总线上。

PART

03

辅助存储器

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辅助存储器是计算机系统中的一种重要设备，用于永久性地存储大量数据。

辅助存储器具有容量大、价格低、可长期保存数据等特点，但存取速度相对较慢。

辅助存储器通常不与CPU直接相连，而是通过输入/输出接口与主机交换信息。

常见的辅助存储器包括硬盘、光盘、U盘、移动硬盘等。

辅助存储器的性能指标主要包括存储容量、数据传输率、平均寻道时间、平均等待时间等。

不同种类的辅助存储器在性能指标上有所差异，例如硬盘具有较高的数据传输率和较大的存储容量，而光盘则具有较好的便携性和长期保存性。

辅助存储器通常由存储介质、驱动器和控制器等部分组成。

驱动器用于读写存储介质上的数据，控制器则负责控制驱动器的操作。

存储介质是存储数据的载体，如硬盘的盘片、光盘的刻录面等。

辅助存储器的工作原理因种类而异，例如硬盘通过磁头在盘片上读写数据，光盘则通过激光在刻录面上读写数据。

为了提高辅助存储器的访问效率，操作系统通常会采用缓存技术，将常用的数据存储在内存中，以减少对辅助存储器的访问次数。

计算机操作系统通常提供对辅助存储器的访问接口，用户可以通过操作系统进行文件的创建、读写、删除等操作。

辅助存储器的控制通常由设备驱动程序完成，设备驱动程序负责将操作系统的命令转换为具体的设备操作指令。

PART

04

高速缓冲存储器

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概念

高速缓冲存储器（Cache）是计算机存储系统中的重要组成部分，位于CPU和主存储器之间，用于暂时存储CPU频繁访问的数据和指令。

特点

高速缓冲存储器具有容量小、速度快、价格高等特点，通常由SRAM（静态随机存储器）实现。

指CPU在高速缓冲存储器中找到所需数据和指令的概率，是衡量高速缓冲存储器性能的重要指标。

命中率

指从CPU发出访问请求到高速缓冲存储器响应并返回数据所需的时间，包括寻址时间和数据