《存储系统小结》课件.pptVIP

*****************课程导言学习目标深入理解存储系统的基本概念，掌握各种存储器类型的工作原理和性能特点。课程内容涵盖主存储器、缓存、外存储器、虚拟存储器以及存储管理等关键主题。学习方法通过理论讲解、案例分析、实验实践等方式，帮助学生掌握存储系统的知识和技能。存储器的基本概念存储器存储器是计算机系统中用来存储数据的物理设备。存储器存储器是计算机系统中用来存储数据的物理设备。存储器的分类主存储器也称为内存，是计算机系统中直接与CPU交互的存储器。速度最快、容量最小、成本最高。辅助存储器也称为外存储器，是用来存放海量数据的存储器。速度较慢、容量最大、成本最低。高速缓存也称为缓存，是位于主存储器和CPU之间的一级存储器。速度更快、容量更小、成本更高。主存储器系统主存储器（也称为内存）是计算机系统中用于存放程序和数据的核心部件。主存储器是**CPU**直接访问的存储器，它与CPU速度匹配，速度很快，但容量较小，数据容易丢失。主存储器系统的性能指标1访问速度访问速度是指CPU访问一次存储器所花费的时间，通常用纳秒(ns)表示。2存储容量存储容量是指存储器能存储的信息量，通常用字节(B)或其倍数表示。3数据传输率数据传输率是指存储器每秒钟能传输的数据量，通常用MB/s或GB/s表示。4成本成本是指每单位存储容量的成本，通常用美元/MB或美元/GB表示。主存储器系统的可扩展性扩展需求随着数据量的增长和计算能力的提升，对主存储器容量的需求也随之增加。模块化设计现代主存储器系统通常采用模块化设计，允许用户根据需要添加或移除内存模块。互连技术高速总线和互连技术保证了多个内存模块之间的高效数据传输。SDRAM和DRAMSDRAM同步动态随机存取存储器，其工作时钟与系统总线同步，提高了数据传输效率。DRAM动态随机存取存储器，数据存储需要周期性刷新，降低了存储器速度。DDRSDRAMDDRSDRAM使用双倍数据速率技术，通过在时钟周期的上升沿和下降沿传输数据，提高了数据传输速率。DDRSDRAM是目前主流的内存类型，应用于各种电子设备，包括电脑、手机和服务器等。DDRSDRAM不断发展，新的版本如DDR4和DDR5具有更高的传输速率、更低的功耗和更高的容量。SRAM1速度快SRAM速度比DRAM快得多，但成本更高。2静态SRAM使用晶体管存储数据，不需要刷新，即使在断电状态下也能保持数据。3成本高SRAM的成本比DRAM高得多，因此通常用于需要快速访问速度且成本不是主要因素的应用中。Cache内存高速缓冲存储器Cache是位于CPU和主内存之间的一级高速缓冲存储器，用于存放CPU经常访问的数据和指令。加速访问速度Cache的访问速度远快于主内存，可以有效减少CPU等待数据的时间，提高系统性能。Cache的基本工作原理1地址映射CPU首先检查缓存中是否存在需要访问的数据。地址映射机制将主存储器地址转换为缓存地址，以便快速查找数据。2命中如果数据存在于缓存中，称为缓存命中。CPU直接从缓存中读取数据，速度快。3未命中如果数据不存在于缓存中，称为缓存未命中。CPU必须访问主存储器，速度较慢。Cache性能优化策略局部性原理利用程序代码和数据访问的局部性，将经常访问的数据存储在缓存中。替换策略当缓存满了时，需要选择一个缓存块替换掉，常见的策略有LRU、FIFO、OPT等。缓存一致性确保多个处理器或线程访问同一个数据时，缓存中的数据始终一致。二级缓存和多级缓存二级缓存二级缓存是CPU缓存层次结构中的第二级，它比一级缓存更大，速度略慢，但仍然比主内存快得多。多级缓存现代CPU通常使用多级缓存系统，包括一级缓存、二级缓存和三级缓存，以进一步提高性能。外存储器系统外存储器是计算机系统中用于长期保存数据的存储设备。它与主存储器不同，数据不会在断电后丢失。外存储器主要用于存储操作系统、应用程序、用户数据等。常见的类型包括磁盘存储器、光盘存储器、固态存储器等。磁盘存储器数据存储磁盘存储器使用旋转的磁盘来存储数据。数据被写入磁盘上的磁性表面，并使用读写头读取。访问速度磁盘存储器比主存储器慢，但比其他辅助存储器快。访问速度取决于磁盘转速、磁头寻址时间和数据传输率。光盘存储器读取速度光盘存储器读取速度比磁盘存储器慢。存储容量光盘存储器存储容量较大，可以存储大量数据。成本低廉光盘存储器成本相对较低，适合存储备份数据。易于携带光盘存储器体积小，便于携带和运输。固态存储器高速性能固态存储