第三章 存储系统

《第三章 存储系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 存储系统（180页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第三章第三章 存储系统存储系统v内容提要：内容提要：v存储器概述；存储器概述；vRAMRAM存储器；存储器；vROMROM存储器（选择存储器（选择RAMRAM与与ROMROM芯片设计主芯片设计主存并实现与存并实现与CPUCPU的连接）；的连接）；v高速存储器；高速存储器；v高速缓冲存储器高速缓冲存储器CacheCache；v虚拟存储器；虚拟存储器；v重点：多层次存储体系结构的概念；重点：多层次存储体系结构的概念；v 主存设计及其与主存设计及其与CPUCPU的连接；的连接；v CacheCache的工作原理。的工作原理。第三章第三章 存储系统存储系统3.1 3.1 存储器概述存储器概述 3.1.

2、1 3.1.1 存储器的发展存储器的发展一、存储器件的变化一、存储器件的变化v第一台电子计算机第一台电子计算机ENIACENIAC用的是电子管触发用的是电子管触发器；器；v此后经历过：汞延迟线此后经历过：汞延迟线磁带磁带磁鼓磁鼓磁心（磁心（19511951年始）年始）半导体（半导体（19681968年年IBM 360/85IBM 360/85首次将其用作首次将其用作CacheCache；19711971年年IBM 370/145IBM 370/145首次将其用作主存，取代了磁首次将其用作主存，取代了磁芯）。芯）。v主存的重要作用及主存器件发展史总结图表：主存的重要作用及主存器件发展史总结图表：

3、主存的重要作用图示主存的重要作用图示v外设外设 主主v 外设外设v 存存 输入的数据输入的数据要输出的数据要输出的数据程序程序中间数据中间数据控制器控制器运算器运算器指令指令数据数据主存器件发展史总结表主存器件发展史总结表 时时 代代 元元 件件 存取周期存取周期 存储容量存储容量* * 1 1磁鼓等磁鼓等1212 s s 2K 2K字节字节 2 2磁心磁心2.18 2.18 s s 32K 32K字节字节 3 3磁心磁心750m750m s s 1M 1M字节字节 3.5 3.5ICIC，LSILSI320m320m s s 8M 8M字节字节 4 4VLSIVLSI312m312m s s

4、128M128M字节字节二、存储体系结构的发展二、存储体系结构的发展 1 1、由主、由主- -辅二级结构发展到多层次存储体系结辅二级结构发展到多层次存储体系结构。构。2 2、主存由单体发展到多体交叉（并行）。、主存由单体发展到多体交叉（并行）。3 3、采用了虚拟存储技术。、采用了虚拟存储技术。 3.1.2 3.1.2 评价存储器性能的主要指标评价存储器性能的主要指标一、存储容量一、存储容量v能存放二进制位的总量。一般主存和辅存分能存放二进制位的总量。一般主存和辅存分别考查。别考查。v常以字节常以字节B B（ByteByte）为单位（）为单位（MBMB、GBGB、TBTB）。）。v关于关于WW（

5、字长）：（字长）：8 8的倍数的倍数v地址码的位数与主存容量的关系。地址码的位数与主存容量的关系。二、存取时间和存取周期二、存取时间和存取周期1 1、存取时间（、存取时间（Memory Access TimeMemory Access Time）：）： 孤立地考察某一次孤立地考察某一次R/W R/W 操作所需要的时间，操作所需要的时间，以以T TA A表示。表示。2 2、存取周期（、存取周期（Memory Circle TimeMemory Circle Time）：）： 连续两次启动连续两次启动R/W R/W 操作所需间隔的最小时间，操作所需间隔的最小时间，以以T TM M （T TC C

6、、T TMCMC）表示。）表示。 T TA A 、T TMM的内涵：的内涵： T TMMTTA A。单位：单位：ns ns 。三、频宽（带宽）三、频宽（带宽）BmBm：单位时间内读取的信息：单位时间内读取的信息量。量。BmBm=W/T=W/TMM（B/sB/s，b/sb/s）其中）其中 WW每每次次R/W R/W 数据的宽度，一般等于数据的宽度，一般等于MemoryMemory字长。字长。例：计算机例：计算机A A、B B编址单位分别是编址单位分别是32bit32bit和和8bit8bit，T TMM均均为为10ns10ns。求二者的带宽。求二者的带宽。解：解：4 X 104 X 108 8B

7、/sB/s； 10108 8B/sB/s反映主存的数据吞吐率。反映主存的数据吞吐率。按此定义按此定义BmBm也被叫做存储器的数据传输率。也被叫做存储器的数据传输率。四、价格：以每位价格来衡量。四、价格：以每位价格来衡量。P=C/SP=C/SvC C存储芯片价格，存储芯片价格，S S存储芯片容量（存储芯片容量（bitsbits）。）。容量越大、速度越快，价格就越高。容量越大、速度越快，价格就越高。 3.1.3 3.1.3 存储器分类存储器分类一、按存储介质分一、按存储介质分1 1、半导体存储器、半导体存储器 利用触发器的双稳态或利用触发器的双稳态或MOSMOS管栅极有无电荷管栅极有无电荷来表示二

8、进制的来表示二进制的0/10/1。2 2、磁表面存储器：利用两种不同的剩磁状态、磁表面存储器：利用两种不同的剩磁状态表示二进制表示二进制0/10/1。常见有磁带、磁盘两种。常见有磁带、磁盘两种。3 3、光及磁光存储器、光及磁光存储器（1 1）利用激光在非磁性介质上写入和读出信息，）利用激光在非磁性介质上写入和读出信息，也称第一代光存储（技术）（也称第一代光存储（技术）（Optical Optical MemoryMemory）。）。（2 2）利用激光在磁记录介质上存储信息，也）利用激光在磁记录介质上存储信息，也称第二代光存储（技术）（称第二代光存储（技术）（MegnetoopticalMegn

9、etooptical MemoryMemory）。）。二、按存取方式（工作方式）分二、按存取方式（工作方式）分1 1、随机存取存储器、随机存取存储器RAMRAM（Random Access Random Access MemoryMemory）v按地址码编址，地址译码线对应唯一确定的按地址码编址，地址译码线对应唯一确定的存储单元（存储单元（1 1位、位、1 1字节、字节、1 1字字 ）；）；v按照给定地址可以随时访问（按照给定地址可以随时访问（R/WR/W）任何存）任何存储单元，且访问时间与存储单元的物理位置储单元，且访问时间与存储单元的物理位置无关；无关；v速度较快，速度较快，T TMM为为

10、nsns级。常用作级。常用作CacheCache和主存。和主存。2 2、只读存储器、只读存储器ROMROM（Read Only MemoryRead Only Memory）v也是按地址译码访问，但也是按地址译码访问，但只能随机读取只能随机读取，不，不能随机写入。又分为能随机写入。又分为MROMMROM、PROMPROM、EPROMEPROM和和Flash ROMFlash ROM几类。几类。3 3、直接存取存储器、直接存取存储器DASDAS（Direct Access StorageDirect Access Storage）v信息所在地址按信息所在地址按控制字编码控制字编码形式给出，然后形

11、式给出，然后以字符、记录形式成块存取。存取时间与信以字符、记录形式成块存取。存取时间与信息所在物理位置有关；息所在物理位置有关；v容量大，寻址较慢，便宜。容量大，寻址较慢，便宜。v磁盘。磁盘。4 4、串行（顺序）存取存储器、串行（顺序）存取存储器SAMSAM（Serial Serial Access MemoryAccess Memory）v以记录、字节形式成块、成组存取信息；以记录、字节形式成块、成组存取信息；v地址以地址以块号块号和块间间隔给出，要顺序找到块和块间间隔给出，要顺序找到块号，再依次存取；号，再依次存取；v磁带。磁带。 三、按在计算机中的功能分三、按在计算机中的功能分1 1、主