《计算机组成原理》 课件 第4章 存储器系统.pptx

第4章存储器系统;4.1.1存储器分类;2.按存储介质来分;半导体存储器就是指采用半导体数字电路组成“记忆”部件的存储器。

半导体存储器又可以按照其工艺和材料不同，分为双极型（TTL）和MOS型半导体存储器两种。双极型（TTL）半导体存储器速度快，MOS半导体存储器集成度高，制造简单，成本低、功耗小。

常见的半导体存储器有：内存条、U盘、固态硬盘等。

（2）磁表面存储器

磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为存储介质。磁表面存储器具有非易失性的特点，而且磁材料价格低，所以磁表面存储器价格相对半导体存储器便宜。

它的工作原理是磁层随着载磁体高速运转，用磁头在磁层上进行读取数据或写入数据，故称为磁表面存储器。常见的磁表面存储器有：硬盘、磁带。由于磁表面存储器的读、写数据的速度太慢，随着半导体存储器的价格下降，逐步有被淘汰的趋势。

;（3）光盘存储器

用做光盘存储器的存储介质有：非磁性材料和磁性材料两种。前者用来做光盘的存储介质，后者构成磁光盘存储介质。

光盘存储器是一种采用光存储技术存储信息的存储器，它采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质(如反射率、偏振方向)的变化来表示所存储信息的“1”或“0”。它具有非易失性、可靠性高、耐用性好、容量大等特点，因而被称为半永久性存储器。

光盘存储器的缺点是读、写速度慢。

随着U盘技术的发展，U盘容量越来越大，加上计算机网络的快速发展，光盘在个人计算机中的应用慢慢被淘汰。

;3.按存取方式来分;随着半导体技术的不断进步，推出了可以擦写的只读存储器（EPROM），这种可擦写的存储器必须在紫外线照射下对原数据进行擦除，要在专门的写入器上写入新数据。随着技术的发展出现了电可擦的只读存储器EEPROM，这种只读存储器的擦除可以用电来在线擦除和写入，只是写入速度比RAM慢很多。最新又出现了闪速存储器（FlashMemory，闪存），它具有EEPROM的特点，但擦除和写入速度快得多。

U盘采用的就是闪速存储器（FlashMemory，闪存）。它和传统硬盘相比优点是速度快得多，同时噪音小，缺点是价格相比传统硬盘高。

同为半导体存储器的RAM和ROM，有各自的优点和缺点。

从读、写速度来说，RAM存储器比ROM存储器要快得多，但RAM存储器价格也高得多。ROM存储器的优点是存储在ROM中的数据即使电源关闭，不会丢失数据。RAM存储器中的数据会随着计算机关机而消失，重新开机后，RAM存储器中的数据变成了随机数。;（3）串行访问存储器

对存储单元进行读、写操作时必须按照其物理位置的先后顺序寻找地址才能操作的存储器称为串行访问存储器。这种存储器对不同位置的信息读、写速度是不同的。例如磁带存储器，不论信息在磁带的哪个位置，都必须从其介质的始端开始按照顺序寻找，故称为顺序存取存储器。现在顺序存取存储器已经很少使用了。

;4.1.2存储器的层次结构;4.1.2存储器的层次结构;计算机中存储器系统采取层次结构的方式来管理和使用计算机中各类存储器，最早是采用的是两级架构的存储器系统。如图所示。

这个两级架构的存储器系统把存储器分为：主存储器（主存）和辅助存储器（辅存）二级。

;从计算机的工作原理我们知道，主存储器和CPU一起构成计算机的主机，在计算机的主机中，主存储器和CPU直接交换指令和数据，所以主存储器必须尽量选择存储速度快的存储器器件，尽管价格比较高。

主存储器和辅助存储器两者相比，主存储器速度快、容量小、每位价位高；辅助存储器速度慢、容量大、每位价格低。这样，通过层次结构的方式，采取主存储器和辅助存储器两级存储器架构可以较好地解决存储器容量、速度、价格的矛盾，使得计算机获得一个良好的性价比。

今天的计算机都有主存和辅存两级存储器系统，比如在个人计算机（PC机）设计中，主存储器（内存）采用价格高、速度快的RAM存储器，它的容量较小，一般为8GB；辅助存储器（外存）采用价格便宜、速度较慢的磁盘（机械硬盘）或ROM存储器（固态硬盘），容量比内存大得多的，常常达到1TB（1024GB）。

;2.三级存储器系统;现代计算机系统中的存储器系统，其基本架构由两级存储器系统变成了三级存储器系统，即缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器。这个三级存储器系统又构成两个存储层次：其中一个层次是：缓存Cache—主存储器；另外一个层次是：主存储器—辅助存储器。

新增加的缓存Cache—主存储器这个层次主要解决CPU和主存储器速度不匹配的问题。缓存和主存之间的数据调动是由硬件自动完成的，程序员在编程时是不需要考虑它的存在，也就是说高速缓存Cache对程序员是透明的。

主存储器—辅助存储器这一层次，从整体分析，其速度接近于主存，容量接近于辅存，平均位价接近