第4章 主存储器

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1、1第第4 4章章 主存储器主存储器存储器概述存储器概述存储器：存放计算机程序和数据的部件（主存储器：存放计算机程序和数据的部件（主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器）存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器）3存储器存储器( (内存、外存、缓存内存、外存、缓存) )的作用的作用计算机真正工作的场所是计算机真正工作的场所是主存（主存（内存内存），所有驱，所有驱动程序、操作系统、工作数据、成品动程序、操作系统、工作数据、成品/ /半成品应用程序半成品应用程序必须加载到主存中才能由必须加载到主存中才能由CPUCPU读取。读取。高速缓存（高速缓存（CacheCache）的速度比主存储器快，作为的速度比主存储

2、器快，作为CPUCPU与内存的缓冲区，主要起到平衡与内存的缓冲区，主要起到平衡CPUCPU与主存这间的与主存这间的速度的作用，有效解决了速度的作用，有效解决了CPUCPU速度与主存速度的不匹配速度与主存速度的不匹配问题。问题。辅助存储器辅助存储器（如硬盘、软盘）也称为（如硬盘、软盘）也称为外存外存，用来，用来存放暂时不参加运行的程序和数据，以及永久存储信存放暂时不参加运行的程序和数据，以及永久存储信息。辅助存储器的容量很大，但存取速度慢，并且不息。辅助存储器的容量很大，但存取速度慢，并且不能为能为CPUCPU直接访问，必须先将其中信息调入主存后，才直接访问，必须先将其中信息调入主存后，才能为能

3、为CPUCPU所访问。所访问。4 存储系统的层次结构存储系统的层次结构CPUCACHE主存（内存）主存（内存）辅存（外存）辅存（外存）u根据各种存储器的存储根据各种存储器的存储容量、存取速度和价格容量、存取速度和价格比的不同，将它们按照比的不同，将它们按照一定的体系结构组织起一定的体系结构组织起来，使所放的程序和数来，使所放的程序和数据按照一定的层次分布据按照一定的层次分布在各种存储器中。在各种存储器中。5(1)(1)正在运行的程序和数据存放于存储正在运行的程序和数据存放于存储器中。器中。CPUCPU直接从存储器取指令或存取直接从存储器取指令或存取数据。数据。(2)(2)采用采用DMADMA技

4、术或输入输出通道技术，技术或输入输出通道技术，在存储器和输入输出系统之间直接传在存储器和输入输出系统之间直接传输数据。输数据。(3)(3)多处理机系统采用共享存储器来存多处理机系统采用共享存储器来存取和交换数据。取和交换数据。主存储器处于主存储器处于全机中心地位全机中心地位61 1、主存和高速缓存之间的关系、主存和高速缓存之间的关系uCacheCache引入引入为解决为解决cpucpu和主存之间的速度差距和主存之间的速度差距, ,提高整机的运算提高整机的运算速度速度, ,在在cpucpu和主存之间插入的由高速电子器件组成和主存之间插入的由高速电子器件组成的容量不大的容量不大, ,但速度很高的存

5、储器作为缓冲区。但速度很高的存储器作为缓冲区。uCacheCache特点特点存取速度快，容量小，存储控制和管理由硬件实现存取速度快，容量小，存储控制和管理由硬件实现uCacheCache工作原理工作原理程序访问的局部性程序访问的局部性在较短时间内由程序产生的地址往往集中在存储器在较短时间内由程序产生的地址往往集中在存储器逻辑地址空间的很小范围内。（指令分布的连续性逻辑地址空间的很小范围内。（指令分布的连续性和循环程序及子程序的多次执行）和循环程序及子程序的多次执行）数据分布不如指令明显，但对数组的访问及工作单数据分布不如指令明显，但对数组的访问及工作单元的选择可使存储地址相对集中。元的选择可使

6、存储地址相对集中。72 2、主存与辅存之间的关系、主存与辅存之间的关系u主存主存:( :(半导体半导体) )优点优点: :速度快速度快缺点缺点: :容量受限容量受限, ,单位成本高单位成本高, ,断电丢失信息断电丢失信息u辅存辅存:( :(光盘光盘, ,磁盘磁盘) )优点优点: :容量大容量大, ,信息长久保存信息长久保存, ,单位成本低单位成本低. .缺点缺点: :存取速度慢存取速度慢uCPUCPU正在运行的程序和数据存放在主存正在运行的程序和数据存放在主存u暂时不用的程序和数据存放在辅存暂时不用的程序和数据存放在辅存u辅存只与主存进行数据交换辅存只与主存进行数据交换84.14.1 主存储器

7、分类、技术指标和基本操作主存储器分类、技术指标和基本操作1.1.按存储器在计算机系统中的作用分类按存储器在计算机系统中的作用分类（1 1）高速缓冲存储器（）高速缓冲存储器（CacheCache）（2 2）主存储器（内存）主存储器（内存）（3 3）辅助存储器（外存）辅助存储器（外存）2.2.按存取方式分类按存取方式分类（1 1）只读存储器）只读存储器 MROMMROM、PROMPROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、FLASHROMFLASHROM（U U盘、固态盘、盘、固态盘、BIOSBIOS）（2 2）读写存储器）读写存储器 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM（Ran

8、dom Access MemoryRandom Access Memory） 主存、主存、cachecache 顺序存取存储器顺序存取存储器SAMSAM（sequential Access Memorysequential Access Memory） 磁带机磁带机 直接存取存储器直接存取存储器DAMDAM（Direct Access Memory Direct Access Memory ） 磁盘机磁盘机3.3.按存储介质分类按存储介质分类（1 1）磁表面存储器（磁带、硬盘）磁表面存储器（磁带、硬盘）（2 2）半导体存储器（主存、）半导体存储器（主存、CacheCache、ROMROM）（3

9、 3）光存储器（光盘）光存储器（光盘）4.4.按信息的可保存性分类按信息的可保存性分类（1 1）易失性存储器（）易失性存储器（RAMRAM）（2 2）非易失性存储器（）非易失性存储器（ROMROM）92.2.主存储器的主要技术指标主存储器的主要技术指标 主存储器的主要性能指标主存储器的主要性能指标: :主存容量、存储器存取时间和存储主存容量、存储器存取时间和存储周期。周期。 （1 1）存储容量）存储容量 按字节或按字寻址，容量为多少字节，单位：按字节或按字寻址，容量为多少字节，单位：KBKB（2 21010），），MBMB（2 22020），），GBGB（2 23030）；地址线数决定最大直接

10、寻址空间大小（）；地址线数决定最大直接寻址空间大小（n n位地址：位地址：2 2n n）。）。 （2 2）存取时间）存取时间（存储器访问时间或工作周期（存储器访问时间或工作周期) )（memory access memory access timetime）指启动一次存储器操作（读）指启动一次存储器操作（读/ /写）到完成该操作所经历的写）到完成该操作所经历的时间。时间。* *读出时间：读出时间：指从指从CPUCPU向向MEMMEM发出有效地址和读命令开始，直到发出有效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。将被选单元的内容读出为止所用的时间。* *写入时间：写入时间：指从指

11、从CPUCPU向向MEMMEM发出有效地址和写命令开始，直到发出有效地址和写命令开始，直到信息写入被选中单元为止所用的时间。信息写入被选中单元为止所用的时间。 （3 3） 存储周期存储周期（又称访问周期）（又称访问周期）CPUCPU连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。（目前一般存储器可达几纳秒）（目前一般存储器可达几纳秒） 103.3.主存储器的基本操作主存储器的基本操作主存储器用来暂时存储主存储器用来暂时存储CPUCPU正在使用的指令和数据，正在使用的指令和数据，它和它和CPUCPU的关系最为密切。的关系最为密切。主存储器和主存储器