计算机组成与系统结构课件：存储系统.pptxVIP

存储系统;

4.1存储系统概述

;

在计算机中,各种存储器的容量、速度、访问方式、用途等各不相同,这些存储器相互配合形成了一种层次结构的存储系统。在这样的层次结构中,不同层次上的存储器发挥着不同的功能和作用,共同使计算机高效地工作。计算机存储系统的层次结构如图4.1所示。;;

4.1.2存储器的分类

由于存储器的材料、性能及使用方法不同,从不同的角度考虑,就有不同的分类方法。

1.按存储信息的介质分类

目前,在计算机中用于存储信息的介质有半导体、磁性或光学器件及材料,因此就有半导体存储器、磁盘(磁带)存储器、光盘存储器等。;

2.按在计算机中的用途分类

在计算机中用于存放当前正要执行或刚执行的程序和数据的存储器是主存储器。用于存放正在执行的程序或正在使用的数据、用以克服主存储器速度太慢的存储器是高速缓冲存储器Cache。主存储器和Cache统称为内部存储器,简称内存。

在CPU内部,用于存放微程序的存储器是控制存储器。

用来存放当前暂不使用的大量信息的存储器是外部存储器,简称外存,如磁盘存储器、光盘存储器、U盘、MMC(SD)存储卡、磁带存储器等。;

3.按存放信息的易失(挥发)性分类

当存储器断电后,有些存储器所存信息会随之丢失,这类存储器所存信息是易失的、可挥发的。例如,半导体随机存取存储器(RandomAccessMemory,RAM)就是信息易于挥发的易失存储器。

另有一些存储器在断电后所存信息不会丢失,当再次加电后它所存储的信息依然存在。例如,磁盘存储器、各种类型的半导体只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)等都是非易失存储器。;

4.按存取方式分类

如果存储器的存取时间与存储单元的物理地址无关,随机读写其任一单元所用的时间一样,则称此类存储器为RAM。

有些存储器的存取只能按顺序进行,则称此类存储器为顺序读写存储器,如磁带存储器。

5.按存储器的读写功能分类

有些存储器既能读出又能写入,称之为读写存储器。而有些存储器的内容已固定,工作时只能读出,则称之为ROM。;

4.1.3存储器的性能指标

存储器和存储系统是不同的两个概念,这里说明的是存储器的性能指标。存储器的性能指标是用来描述存储器基本性能的。

1.存储容量

存储容量指的是存储器所能存储的二进制信息的总位数,其表示方式一般为

存储容量=存储器总存储单元数×每个存储单元的位数

(4.1);

2.存储器速度

(1)存取时间又称访问时间,是对存储器中某一个存储单元的数据进行一次存(取)所需要的时间。

(2)存取周期是指连续对存储器进行存(取)时,完成一次存(取)所需要的时间。

(3)存储器带宽(MemoryBandwidth)是指单位时间里存储器可以读出(或写入)的字节数。若存储器的存取周期为tm,且每次可读出(或写入)n个字节,则存储器的带宽Bm=n/tm。;

3.可靠性

计算机要正确地运行,必然要求存储器系统具有很高的可靠性。主存的任何错误都足以使计算机无法正常工作。

对计算机的存储器来说,有的是不可维修的,如构成主存的超大规模集成存储器芯片,一旦出现故障就只能更换;而有的存储器是可维修的,如磁盘存储器、磁带存储器等。

4.功耗

功耗在电池供电的系统中是非常重要的指标。使用功耗低的存储器构成存储系统,不仅可以降低对电源容量的要求,而且还可以提高存储系统的可靠性。;

5.价格

构成存储系统时,在满足上述指标要求的情况下,应尽量降低存储器的价格。通常是以每千字节(KB)或每兆字节(MB)的价格来衡量存储器的成本。随着技术的发展,存储器的价格已大大降低。例如,对于磁盘存储器,20世纪80年代初每兆字节(MB)需几千元,而今天每吉字节(GB)只需几角钱。;

4.2主存储器;

4.2.1主存的结构

1.主存的逻辑结构

主存用来存储二进制的程序和数据,由许多存储单元组成,每个存储单元可以存储1个字节或1个字(与计算机字长和CPU的数据线数有关),存储单元的每1位为二进制存储元,即1个字节存储单元由8个二进制存储元构成。图4.2为主存的逻辑结构,每个存储单元用二进制编码的地址标识,并依据地址寻址访问,对每个存储单元可进行随机读、写操作。计算机的最小存储单元为字节单元(8位)。;

主存的地址空间大小由CPU提供的地址线数决定。主存的规模即主存的容量可表示为

主存存储容量=存储单