存储器和存储体系
简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类
简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类计算机中存储体系结构指的是计算机内存和外存，以及两者之间的结构关系。
计算机中的存储体系结构可以分为两大类：内存存储体系结构和外部存储体系结构。
内存存储体系结构是指将计算机的内存单元组织成有效的结构，以便处理计算机中的信息。
它包括主存储器、辅助存储器、高速缓存存储器等。
主存储器是指将计算机中的信息暂时存储起来的主要设备，主存储器有多种类型，如RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、SRAM（静态随机存取存储器）、DRAM（动态随机存取存储器）等。
辅助存储器是指在计算机中用于存储信息的一种存储器，它的容量远大于主存储器，通常用来存储大量的程序和数据，或者处理较长时间的运算，它可以是磁盘、磁带、光盘等。
高速缓存存储器是计算机中用来缓存主存储器中程序和数据的设备，它具有较高的存取速度，容量也较小，具有极高的速度，可以大大提高计算机的计算速度。
外部存储体系结构是指在内存存储体系结构和用户程序之间所连接的存储体系结构。
外部存储体系结构的主要设备有：磁盘系统、磁带系统、光盘系统、软盘系统等。
其中，磁盘系统是一种最主要的存储设备，它可以缓存大量的程序和数据，可以长时间的保存，它的容量大，存取速度也较快，是大多数用户更多使用的外存储设备。
磁带系统通常用来长期存储大量的信息，其优点是容量大，存取速度慢，而光盘系统则是一种快速存取、容量较小、适用范围较窄的存储体系结构，大多数用于存放小型文件、图片、音乐等，而软盘系统则是一种具有较小容量的存储体系结构，主要用于存储少量的指令和数据，一般用于较小型的计算机系统中。
计算机中存储体系结构对于计算机性能的提高和数据处理的准确性起着重要作用，它在计算机系统中占据着举足轻重的地位。
选择合适的存储体系结构类型，可以有效地提高计算机的效率，从而使计算机可以更加高效地处理大量的数据。
同时，正确地运用存储体系结构的知识也是对计算机系统管理的重要一环。
存储器系统
存储器系统：概述：计算机中的存储系统是用来保存数据和程序的。
对存储器最基本的要求就是存储容量要大、存取速度快、成本价格低.为了满足这一要求,提出了多级存储体系结构。
一般可分为高速缓冲存储器、主存、外存3个层次,有时候还包括CPU内部的寄存器以及控制存储器.◆衡量存储器的主要因素：存储器访问速度、存储容量和存储器的价格;◆存储器的介质：半导体、磁介质和光存储器.◆存储器的组成：存储芯片+控制电路(存储体+地址寄存器+数据缓冲器+时序控制）;◆存储体系结构从上层到下层离CPU越来越远、存储量越来越大、每位的价格越来越便宜，而且访问的速度越来越慢存储器系统分布在计算机各个不同部件的多种存储设备组成，位于CPU内部的寄存器以及用于CU的控制寄存器。
内部存储器是可以被处理器直接存取的存储器,又称为主存储器，外部存储器需要通过I/O模块与处理器交换数据,又称为辅助存储器，弥补CPU处理器速度之间的差异还设置了CACHE，容量小但速度极快,位于CPU和主存之间，用于存放CPU 正在执行的程序段和所需数据。
整个计算机的存储器体系结构：通用寄存器堆—指令和数据缓冲栈—Cache（静态随机存储器RAM）—主存储器(动态随机存储器DRAM）—联机外部存储器（磁盘存储器)—脱机外部存储器(磁带、光盘存储器) 通常衡量主存容量大小的单位是字节或者字,而外存的容量则用字节来表示。
字是存储器组织的基本单元,一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。
信息存取方式：信息的存取方式影响到存储信息的组织，常用的有4种，◆顺序存取存储器的数据是以记录的形式进行组织，对数据的访问必须按特定的线性顺序进行.磁带存储器的存取方式就是顺序存取。
◆直接存取共享读写装置，但是每个记录都有一个唯一的地址标识，共享的读写装置可以直接移动到目的数据块所在位置进行访问。
因此存取时间也是可变的。
磁盘存储器采用的这种方式。
◆随机存取存储器的每一个可寻址单元都具有唯一地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。
【计算机组成原理】存储系统
【计算机组成原理】存储系统存储器的层次和结构从不同⾓度对存储器进⾏分类：1.按在计算机中的作⽤（层次）分类 （1）主存储器。
简称主存，⼜称内存储器（内存），⽤来存放计算机运⾏期间所需的⼤量程序和数据，CPU 可以直接随机地对其进⾏访问，也可以和告诉缓冲存储器（Cache）及辅助存储器交换数据，其特点是容量较⼩、存取速度较快、单位价格较⾼。
（2）辅助存储器。
简称辅存，⼜称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，⽤来存放当前暂时不⽤的程序和数据，以及⼀些需要永久性保存的信息，它不能与CPU 直接交换信息。
其特点是容量极⼤、存取速度较慢、单位成本低。
（3）⾼速缓冲存储器。
简称 Cache，位于主存和 CPU 之间，⽤来存放正在执⾏的程序段和数据，以便 CPU 能⾼速地使⽤它们。
Cache 地存取速度可与 CPU 的速度匹配，但存储容量⼩、价格⾼。
⽬前的⾼档计算机通常将它们制作在 CPU 中。
2.按存储介质分类 按存储介质，存储器可分为磁表⾯存储器（磁盘、磁带）、磁芯存储器、半导体存储器（MOS型存储器、双极型存储器）和光存储器（光盘）。
3.按存取⽅式分类 （1）随机存储器（RAM）。
存储器的任何⼀个存储单元的内容都可以随机存取，⽽且存取时间与存储单元的物理位置⽆关。
其优点是读写⽅便、使⽤灵活，主要⽤作主存或⾼速缓冲存储器。
RAM ⼜分为静态 RAM （以触发器原理寄存信息，SRAM）和动态 RAM（以电容充电原理寄存信息，DRAM）。
（2）只读存储器（ROM）。
存储器的内容只能随机读出⽽不能写⼊。
信息⼀旦写⼊存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。
因此，通常⽤它存放固定不变的程序、常数和汉字字库，甚⾄⽤于操作系统的固化。
它与随机存储器可共同作为主存的⼀部分，统⼀构成主存的地址域。
由ROM 派⽣出的存储器也包含可反复重写的类型，ROM 与RAM 的存取⽅式均为随机存取。
⼴义上的只读存储器已可已可通过电擦除等⽅式进⾏写⼊，其“只读”的概念没有保留，但仍然保留了断电内容保留、随机读取特性，但其写⼊速度⽐读取速度慢得多。
简述计算机的存储体系
简述计算机的存储体系
计算机的存储体系一般分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器是指计算机用于暂时存储数据和指令的存储空间，一般采用半导体随机存取存储器（RAM）作为主存储器。
它的特点是容量较小，但读写速度快。
辅助存储器是指计算机用于永久存储数据和指令的存储空间，如硬盘、光盘、闪存等。
它的特点是容量大，但读写速度相对较慢。
在辅助存储器中，硬盘是最常见的存储设备，它采用磁性储存技术，可以存储大量的数据，读写速度相对较快，但相对于主存储器还是较慢。
光盘主要分为CD-ROM、DVD-ROM和蓝光光盘等，它们的存储容量逐步提高，但读写速度相对较慢，主要用于存储影音等大容量数据。
闪存则是一种非易失性存储器，具有读取速度快、耐用性强等特点，主要用于存储移动设备的数据。
除了主存储器和辅助存储器，还有一些高速缓存存储器，它们通常位于CPU内部，用于暂时存储CPU经常使用的数据和指令，以加快CPU的运算速度。
- 1 -。
微型计算机原理与组成-第5章 储存系统
· 读取CMOS-SRAM中的设备配置，确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。
· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。
ROM-BIOS一般为几十KB的容量，并 有逐渐加大的趋势，常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器， 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。
5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。
5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点，段页式管理综合了两者的优点， 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段， 以保证每个模块的独立性及便于用户公用； 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同，虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。
2．CMOS-RAM 用于记录设备配置参数，如内存容量， 显示器类型，软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成，功耗很 少。
3．ROM-BIOS
ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序，是操作系统驻留在内存中的最 基本部分，其主要用于以下几个方面。
· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。
5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种：半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。
2. 按存取方式分
按照存储器的存取可方式分为随机存取 （读写）存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。
简述现代计算机常用的三级存储体系。
简述现代计算机常用的三级存储体系。
现代计算机常用的三级存储体系是指计算机内部的存储设备分为三个层次，分别是主存储器、缓存存储器和辅助存储器。
这三级存储体系是计算机内部存储结构的重要组成部分，对于计算机的性能和存储能力都有着重要的影响。
下面将详细介绍每个层次的存储器。
一、主存储器主存储器是计算机内部存储器的最高层次，也是计算机存储器层次结构中容量最大、速度最快的存储器。
主存储器通常被称为内存，它是CPU直接访问的存储器。
主存储器的容量通常是GB级别，其访问速度也是非常快的，可以达到几百MB/s。
主存储器是计算机内部存储器的核心，它存储了计算机运行时所需要的程序、数据等信息。
因此，主存储器的速度和容量对计算机的性能有着非常重要的影响。
如果主存储器的容量不足或者速度过慢，就会导致计算机运行速度变慢，甚至无法正常运行。
二、缓存存储器缓存存储器是介于主存储器和CPU之间的一种存储器，它主要用于提高计算机的运行效率。
缓存存储器的容量比主存储器小，但是其速度比主存储器快很多，可以达到几GB/s的速度。
缓存存储器主要有两种类型：一级缓存和二级缓存。
一级缓存也被称为L1缓存，它位于CPU内部，容量很小，通常只有几十KB，但是其速度非常快，可以达到几百GB/s的速度。
二级缓存也被称为L2缓存，它位于CPU和主存储器之间，容量比一级缓存大，通常在几百KB到几MB之间，速度也比一级缓存慢一些，但是比主存储器快很多。
缓存存储器的作用是将CPU需要频繁访问的数据和指令存储在缓存中，以提高CPU的访问速度。
由于缓存存储器的容量比主存储器小，因此只能存储部分数据和指令，但是由于其速度非常快，可以大大提高计算机的运行效率。
三、辅助存储器辅助存储器是计算机内部存储器中容量最大、速度最慢的存储器，它主要用于长期存储数据和程序。
辅助存储器包括硬盘、光盘、U盘等外部存储设备，它们的容量可以达到TB级别，但是访问速度比主存储器和缓存存储器慢很多，通常只能达到几十MB/s的速度。
计算机的存储系统
第6章计算机的存储系统现代计算机采用程序控制方式工作，因此，用来存放程序的存储系统是计算机的重要组成部分。
存储器包括内存储器和外存储器。
内存储器包括主存储器和高速缓冲存储器，外存储器即辅助存储器。
主存储器简称主存，它位于主机内部。
本章介绍计算机的存储系统，包括主存储器的基本组成、层次结构和工作原理，高速缓冲存储器的工作原理，以及各类外存储器。
6.1 存储器与存储系统概述6.1.1 存储器的作用现代计算机都是以存储器为中心的计算机，存储器处于全机的中心地位。
存储器的作用可归纳为：⑴存放程序和数据。
计算机执行的程序、程序运行所需要的数据都是存放在存储器中的。
⑵现代计算机可以配置的输入输出设备越来越多，数据传送速度不断加快，并且多数采用直接存储器存取（DMA）方式和输入输出通道技术，与存储器直接交换数据而不通过CPU。
⑶共享存储器的多处理器计算机的出现，使得可利用存储器来存放共享数据，并实现各处理器之间的通信，更加强了存储器作为整个计算机系统中心的作用。
6.1.2 存储器分类⒈按存取方式分类⑴随机存取存储器RAM(Random Access Memory）特点：存储器中任何一个存储单元都能由CPU或Ｉ/O设备随机存取，且存取时间与存取单元的物理位置无关。
用途：常用作主存或高速缓存。
⑵只读存储器ROM(Read-Only Memory）特点：存储器的内容只能读出而不能写入。
用途：常用来存放固定不变的系统程序。
作为固定存储，故又叫“固存”。
随着用户要求的提高，只读存储器产品从ROM→可编程只读存储器PROM→光可擦除可编程只读存储器EPROM→电可擦除可编程的只读存储器EEPROM，为用户方便地存入和改写内容提供了物质条件。
⑶顺序存取存储器SRAM特点：存储器中存储的信息（字或者记录块），完全按顺序进行存放或读出，在信息载体上没有惟一对应的地址号，访问指定信息所花费的时间和信息所在存储单元的物理位置密切相关。
冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能
冯诺依曼体系结构的五大组成部分及功能冯诺依曼体系结构是计算机体系结构中最为经典和重要的设计理念之一，它是由数学家冯诺依曼在20世纪40年代提出的。
冯诺依曼体系结构主要包括五大组成部分，分别是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
每个部分都有着独特的功能，在整个计算机系统中扮演着不可或缺的角色。
首先，运算器是冯诺依曼体系结构中的一个重要组成部分，它主要负责进行算术和逻辑运算。
运算器包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器。
ALU用来执行各种算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非），而寄存器则用来暂时存储运算结果或中间数据。
运算器通过接收指令和数据，进行计算，并将结果存储到寄存器中，为后续计算和处理提供数据支持。
其次，控制器是冯诺依曼体系结构中另一个重要的组成部分，它主要负责控制计算机系统的运行状态。
控制器包括指令寄存器、程序计数器和指令译码器等部件。
指令寄存器用来存储当前执行的指令，程序计数器用来记录下一条将要执行的指令的地址，而指令译码器则用来解析指令，确定执行的操作。
控制器根据指令的要求，协调运算器和存储器的工作，使整个计算机系统按照程序顺序执行。
第三，存储器是冯诺依曼体系结构中至关重要的组成部分，它主要负责存储计算机系统中的数据和程序。
存储器分为内存和外存两部分。
内存主要用来存储正在执行的程序和数据，是计算机系统中速度最快的存储器，通常被称为随机存取存储器（RAM）。
外存主要用来存储大量数据和程序，通常被称为磁盘或固态硬盘。
存储器通过读写操作，实现对数据和程序的存储和访问，为计算机系统提供数据支持。
第四，输入设备是冯诺依曼体系结构中重要的组成部分，它主要负责将外部数据和指令输入到计算机系统中。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等各种设备。
输入设备通过将外部数据转换为计算机可识别的格式，传输给存储器或控制器，为计算机系统提供输入数据和操作指令。
最后，输出设备是冯诺依曼体系结构中不可或缺的组成部分，它主要负责将计算机系统处理后的数据和结果输出给外部设备或用户。
简述现代计算机中都采用的三级存储器体系结构
简述现代计算机中都采用的三级存储器体系结构现代计算机体系结构通常采用三级存储器体系结构,也被称为地址空间体系结构。
该体系结构由三个层次组成:数据存储器、指令存储器和控制存储器。
数据存储器是计算机最重要的存储器之一,用于存储程序和数据。
在三级存储器体系结构中,数据存储器通常分为两个部分:随机存取存储器(RAM)和静态随机存取存储器(SDRAM)。
RAM是计算机中最快速的存储器,用于存储程序和数据。
它通常是动态分配的,可以在程序运行时动态地更改。
静态RAM则是一次性分配的,一旦分配后就不能更改。
指令存储器是计算机中存储指令的存储器。
指令存储器通常由一个或多个指令库组成,每个指令都包含指令代码、操作码和操作结果。
指令存储器通常是一个静态的存储器,可以在程序运行时动态地访问。
控制存储器是计算机中存储控制信息的存储器。
控制存储器通常包括指令控制码、中断控制码、时钟控制码等,用于控制计算机的操作。
在三级存储器体系结构中,控制存储器通常是静态的。
三级存储器体系结构是现代计算机体系结构中最常用的体系结构之一,具有高速度和高可靠性的特点。
它使得计算机能够处理大量的数据和执行复杂的指令。
同时,三级存储器体系结构也具有灵活性和可扩展性,可以根据需要增加更多的
存储器层次。
西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT
存取方式 读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式 读写功能
读写存储器 只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性 存取方式 读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质 在计算机中的用途 存放信息的易失(挥发)性
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
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数 存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量 速度 可靠性
可维修部件的可靠性： 平均故障间隔时间（MTBF）
计算机组成原理 大纲
计算机组成原理大纲
一、计算机组成原理概述
1. 计算机组成原理的定义和目标
2. 计算机的基本组成部分和功能
二、数字电路基础
1. 逻辑门和布尔代数
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路
三、数字系统与算术运算
1. 进位制和数字编码
2. 布尔代数运算和逻辑运算
3. 二进制加法器和减法器
4. 乘法器和除法器
四、存储器和存储系统
1. 存储器层次结构
2. RAM和ROM存储器
3. 高速缓存和虚拟存储器
五、指令集体系结构
1. CISC和RISC体系结构
2. 数据表示方法和指令格式
3. 寻址方式和数据处理指令
六、中央处理单元（CPU）
1. 控制单元和存储器单元
2. 指令执行过程和数据通路
3. 流水线技术和乱序执行
七、输入输出系统
1. 输入输出设备和接口
2. 数据传输和数据交换方式
3. 中断和异常处理
八、总线和通信
1. 总线的基本概念和分类
2. 总线传输方式和时序控制
3. 总线错误控制和总线仲裁
九、计算机性能评价和优化
1. 计算机性能指标
2. 提高计算机性能的方法
3. 并行计算和分布式计算
十、计算机安全与可靠性
1. 计算机系统的安全威胁
2. 安全措施和安全策略
3. 可靠性评估和故障处理。
计算机系统组成是什么
计算机系统组成是什么计算机系统是如何组成的计算机系统是由多个不同组件、部件和技术构成的复杂系统。
每个组件都有特定的功能和目的，合在一起形成了一个完整的计算机系统。
计算机系统的组成主要包括以下几个方面：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、操作系统和应用软件。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序和处理数据。
它通常由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指挥和协调系统的各个部件，实现程序的顺序执行，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。
2. 存储器：存储器用于存储数据和程序。
计算机存储器层次结构分为主存储器和辅助存储器。
主存储器通常是使用半导体材料制造的随机访问存储器（RAM），用于存储当前正在运行的程序和处理的数据。
而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘和光盘等）则用于长期存储数据和程序。
3. 输入输出设备：输入输出设备用于与外部世界进行交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等，用于将数据和命令输入到计算机系统中。
而输出设备如显示器、打印机和音频设备等则用于将计算机系统处理的结果反馈给用户。
4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，它协调和管理计算机系统的各个硬件和软件资源。
操作系统负责分配CPU时间、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。
常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。
5. 应用软件：应用软件是用户使用计算机系统解决问题和完成工作的工具。
它包括各种办公软件、娱乐软件、图形设计软件、数据库管理软件等。
应用软件使用户能够利用计算机系统的功能实现各种任务和目标。
计算机系统的组成是一个相互协作的整体。
中央处理器通过存储器获取指令和数据进行处理，然后将结果输出到输出设备中显示给用户。
操作系统负责管理各个组件的资源和协调他们之间的通信。
应用软件则建立在操作系统之上，充分利用计算机系统的硬件和操作系统提供的功能。
另外，计算机系统的组成还涉及到计算机体系结构、总线技术、输入输出控制等方面。
计算机体系结构的基础知识
计算机体系结构的基础知识计算机体系结构是计算机科学的核心概念之一，它描述了计算机硬件和软件之间的关系，以及数据在计算机中的处理方式。
本文将介绍计算机体系结构的基础知识，包括计算机硬件组成、指令集架构和存储体系结构等方面。
一、计算机硬件组成计算机硬件是构成计算机体系结构的基本组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备等。
中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和进行数据处理。
内存是计算机的临时存储器，用于存放程序和数据。
输入输出设备用于和外部环境进行数据交互。
存储设备用于长期保存程序和数据。
二、指令集架构（ISA）指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口规范，定义了硬件对软件提供的指令集。
指令集架构分为两种类型：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
CISC架构的指令集较为复杂，一条指令可以完成多个操作，而RISC架构的指令集较为简单，每条指令只能完成一个操作。
三、存储体系结构存储体系结构是指计算机中用于存储程序和数据的组织方式。
常见的存储体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
冯·诺依曼体系结构将指令和数据存储在同一个存储器中，而哈佛体系结构则将指令和数据分开存储在不同的存储器中。
四、并行处理并行处理是指同时进行多个任务或操作的计算方式，可以提高计算机的处理能力。
常见的并行处理方式包括向量处理、多处理器和多核处理器等。
向量处理将一组数据作为一个向量进行操作，多处理器同时执行不同的任务，而多核处理器则将多个处理器集成在一个芯片上。
五、存储器层次结构存储器层次结构描述了不同速度和容量的存储器之间的关系，从高速缓存到主存再到辅助存储器。
高速缓存是位于CPU内部的小容量、速度较快的存储器，主要用于缓存CPU频繁使用的数据和指令。
主存是存放程序和数据的主要存储器，辅助存储器是存放大容量数据和程序的外部存储器。
六、总线结构总线结构是计算机中用于数据传输的通信系统，将不同组件之间的数据进行传送。
计算机组成原理-第3章_存储系统
存储周期 RW 刷新1 RW 刷新2 …
500ns 500ns
刷新间隔2ms
用在低速系统中
各刷新周期分散安排 在存取周期中。
… RW 128 RW
例如上图所示的DRAM有128行，如果刷新周期为 2ms，则每一行必须每隔2ms÷128=62.5us进行一次。
5、存储器控制电路
DRAM刷新需要硬件电路支持，它们集成在一个芯片 上，形成DRAM控制器，是CPU和DRAM间的接口电路。
写周期：实现写操作，要求CS和WE同时有效，有效期间地址 和数据信号不能变化；为了保证CS和WE变为无效前能把数据 可靠的写入，数据必须提前一段时间在数据总线上稳定存在； 而在WE变为高电平后再经过一段时间地址信号才允许改变。
*** DRAM存储器
1、DRAM存储元的记忆原理
SRAM存储器的存储元是一个 触发器，它具有两个稳定的状态。
外存储器：简称“外存”，大容量辅助存储器；磁表面存储
器或光盘存储器；存放需联机保存但暂时不需要的程序和数 据。容量从几十MB到几百GB，甚至更大。存取速度为若干
ms。
其他功能的存储器：如微程序控制器的控存、在显示和印刷 输出设备中的字库和数据缓冲存储器。
*** 主存储器的技术指标
主要性能指标：存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。
地址信息到达时，使T5、T6、T7、T8导通，存储 元的信息被送到I/O与I/O线上， I/O与I/O线接上一个 差动读出放大器，从其电流方向，可以得出所存信息 是“1”或“0”。也可I/O或I/O一端接到外部，看其 有无电流通过，得出所存信息。
扩充：存储芯片规格的表示
在很多内存产品介绍文档中，都会用M×W的方式来表示芯 片的容量。
计算机组成原理(第三版)第 3 章 存储器及存储系统
16
3.2 主存储器
• 主存储器按其功能可分为RAM和 ROM。
一 二 随机存取存储器RAM 只读存储器ROM
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
17
一、随机存取存储器RAM
MM
Y0
Bm-1
Y1
……
B0
An-1…A0
M A R
M A D
…
Y2n-2
Y2n-1
…
CS
WE
R/W读写 控制电路
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
9
三、存储器的层次结构
1.分级原理： 根据程序执行的集中性和局部性原理而构建的分层结构。信 息流动分规律为从低速、大容量层次向高速、小容量层次流动 ，解决速度、价格、价格这三者之间的矛盾，层次间信息块的 调度由硬件和软件自动完成，其过程对用户透明。 2.三级存储管理系统： • Cache： • ·采用TTL工艺的SRAM，哈佛结构； • ·采用MOS工艺的SRAM，指令与数据混存，其与内存之间信息块 的调度（几十字节）全由Cache控制器硬件完成。 • 主存： • ·ROM常用FROM，E2PROM等构成； • ·RAM常用DRAM构成，RAM和ROM采用统一编码。 • 虚存： • 采用磁盘存储器，主存+OS中的存储器管理软件联合构成，其 信息块常用页、段表示，其间的信息块调度由管理软件完成。
字线
数 据 线 Cd
T
C
单管MOS动态存储器结构
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
29
（2）DRAM存储器
RAS CAS WE OE 定时和控制
4M×4位的DRAM
冯诺依曼体系的核心内容
冯诺依曼体系的核心内容冯诺依曼体系（von Neumann architecture）是现代计算机体系结构的基础，是由匈牙利裔数学家、计算机科学家冯·诺依曼在20世纪40年代提出的。
其核心思想是将程序和数据存储在同一内存空间中，让计算机可以像人类一样处理信息。
冯诺依曼体系的三个主要部分包括：中央处理器（CPU）、存储器和输入输出（I/O）设备。
一、中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的大脑，是冯诺依曼体系的核心部分。
它由两个主要部分组成：控制单元和算术逻辑单元。
控制单元（Control Unit）负责控制计算机的各个组成部分，包括指令的读取、解析、执行和存储器的读写等。
算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）负责计算和逻辑运算，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非等）。
CPU通过这两个部分的协同工作，完成整个计算机的运作。
二、存储器存储器（Memory）是计算机中用来存储程序和数据的部分。
在冯诺依曼体系中，存储器被划分为两个主要部分：主存和辅存。
辅存（Secondary Memory）是一种非易失性存储器（Non-Volatile Memory），其存储的程序和数据不会丢失。
常见的辅存设备包括硬盘、光盘、闪存卡等。
在冯诺依曼体系中，主存和辅存之间存在层次结构（Hierarchical Structure），主存速度较快但容量较小，而辅存容量较大但速度较慢。
三、输入输出设备输入输出（I/O）设备是计算机中用来与外界进行交互的部分，例如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
这些设备通过输入和输出接口（Input/Output Interface）与计算机的其他组成部分进行通信。
在冯诺依曼体系中，输入输出设备既可以与主存进行直接交互，也可以通过CPU进行间接交互。
总之，冯诺依曼体系对计算机体系结构的设计产生了深远的影响。
它将程序、数据存储在同一内存空间中，并通过控制单元和算术逻辑单元等组成部分实现了计算机的基本功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.2.1 主存储器的基本组成
存储体
... 驱动器
... 译码器 ... 地址寄存器
主存储器的基本组成
读
数
写
据
电
寄
路
存
器
控制电路
读
写
3.2.2 存储体阵列
存储体一般由二维阵列组成。
字线0
0
1
字线1
0
1
.
.
.
.
.
.
... ... n-1
... ... n-1 . . .
字线m-16.1 存储体系的基本概念 （1）存储体系的形成 由于CPU速度的提高超过了存储器速度 的提高，以及价格因素的影响，在速度 和容量两个方面，主存都满足不了CPU 的需要。因此就出现了将不同容量、速 度的存储器如主存和辅存同其它相关部 件组织在一起构成计算机的存储体系， 以提高其综合性能。
5）存储体系的性能分析 存储体系的性能分析主要是进行平均性 能（访问速度，价格等）及命中率的计 算问题。
TA = H×TA1 +（1- H）×TA2 C =（S1×C1 +S2×C2）/（S1+S2） 如给出访问的信息量，在M1中为N1，在M2 中为N2，则： H=N1/（N1+N2） TA =（N1×TA1 +N2×TA2）/（N1+N2）
2． ROM的分类
一般的ROM（即掩模式ROM）：制造完后 代码不能修改。 PROM（可编程ROM）：用户只能进行 一次编程。 EPROM：可多次擦写的可编程ROM，擦 除时一般使用紫外线照射，写入时使用高 压脉冲。 EEPROM：可用电擦除的可编程ROM。
5.5 外存储器的工作原理
1． 磁表面存储器的工作原理 磁盘存储器、磁带存储器是典型的磁表面存 储器。 磁表面存储器不需要刷新和再生，且能永久 储存信息。
（2）二级存储体系
二级存储体系是利用软硬件控制将主存和 辅存有机地组成一个整体构成的。 CPU只能直接访问主存，而不能直接访 问辅存，数据需要先从辅存调入主存才 能访问。 因此说二级存储体系主要解决了主存的 容量及价格问题。
（3）多级存储体系
为了提高主存的速度，采用多种性能不同、速 度不同、价格不同的存储设备按一定的层次 结构组成多级存储体系。
2
A4
译
A5
码
.
A6
..
器 A7
A8
X1023
A9
1023
单译码器结构示意图
X0 A0
A1
X X1
地 .
A2 址 .
.
A3 译
A4
码 X31
0,0
0,1
1,0
1,1
.
.
.
.
.
.
...
0,31
...
1,31
. . .
31,0 Y0
A5
31,1 Y1
... ... ...
31,31 Y31
Y 地 址译 码
3． 存储器的分类
按存储介质可将存储器分为半导体存储器、 磁存储器和光存储器三种。 按存取方式可将存储器分为随机存取存 储器（RAM）、只读存储器（ROM）、 顺序存取存储器（SAM）、直接存取存 储器（DAM）。
5.2 主存储器的基本工作原理
主存储器由存储体、地址译码电路、驱动电路、 读写电路
第五章 存储器和存储体系
介绍存储器的基本结构及其基本操作的实现、 存储器的层次结构及多级存储体系、缓冲技 术等问题。
5.1 存储器概述
1． 存储器的基本概念 存储器是计算机中必不可少的用于存放 程序和数据的设备。它是计算机的记忆 核心，是程序和数据的收发集散地。
2． 存储器的性能指标
存储容量 存取时间 可靠性 性能价格比等
A0～A11
4K×1 4K×1 4K×1
4K×1 位并联方式组成 4K×8bit 存储器
D0～D7
2.RAM的串联
❖ 为扩展存储器的存储单元数量
A0～A9 A10
1K×8 I/O
CS
1K×8 I/O
CS
译 码
地址串联方式组成 2K×8bit 存储器
D0～D7
5.4 ROM的工作原理及应用
1． ROM的工作原理 ROM即只读存储器，它在工作时只能读出不 能写入。断电时它也能保存信息。 与RAM相比，ROM需要地址译码、数据读出 等电路，但不需要数据写入、再生、刷新等 电路。
A6
A7
A8
A9
双译码结构示意图
5.2.4 存储器的读写操作
存储器的读操作的顺序是： （1）地址码送至地址寄存器中； （2）地址译码，选中相应的存储单元；（3）
存储单元的内容传送到数据寄存器中； （4）将数据寄存器中的数据传送到指定的其它
计算机部件中。
5.3 RAM的组织
❖ 半导体RAM芯片是在半导体技术和集成电路 工艺支持下的产物
硬盘的技术参数：
❖ 硬盘容量 ❖ 平均存取时间 ❖ 记录密度 ❖ 数据传输率 ❖ 高速缓存 ❖ 磁道交叉因子
4． 光盘存储器
光盘存储器由光学、电气和机械部件组成，它 是利用光学原理存储信息并用光学读写头来 存取信息。 光盘是靠盘面上一些能够影响光线反射的表 面特征存储信息，一般的只读光盘（CD— ROM）是利用其表面的凹凸不平来表示0和1 的。
CPU
Cache
主存储器 辅助存储器
辅助硬件
辅助 软硬件
多级存储体系示意图
（4）Cache的原理和作用
Cache的理论依据是程序访问的局部性。 所谓程序访问的局部性，是指在较短的 时间内，程序产生的地址及指令的地址 都局限于某一个较小的范围内，即对局 部范围的存储器地址频繁访问、对此范 围外的地址访问甚少的现象。 Cache介于主存和CPU之间，其速度比 主存快很多，容量比主存小很多。在二 者之间起到缓冲的作用。
线
线
0
1
m×n 存储体阵列
... ...
n-1
位 线 n-1
5.2.3 存储器地址译码系统
地址译码器将地址寄存器中的地址转换为字线 上的控制信号，表示选中某一单元，并驱动 相应的读写电路，完成对存储单元的读写操 作。 地址译码分单译码方式和双译码方式两种。
A0
X0 0
A1
A2
X1
1
A3
地 X2
址
2． 磁带存储器
❖ 现在使用较少 ❖ 类似卡式录音带
3． 磁盘存储器
磁盘与磁带相比的主要优点是直接存取。
总存储容量可由下述公式计算： 存储容量=盘面数×每面磁道数×每道扇区 数×每扇区容量（字节数） 0道
末道
扇区
硬盘的组成：
❖ 盘片 ❖ 读写磁头 ❖ 定位机构 ❖ 主轴系统 ❖ 印刷电路板 ❖ 硬盘控制器 ❖ 连接器插座
A0～A9
CS WE
RAM芯片
D0～D3
Intel2114芯片对外连接示意图
主要外接线有地址线、数据线、读写信号线、
片选信号线。其存储单元数取决于地址线数 量（210=1024），单元字长取决于数据线数 量（4位），总容量为1024×4位（1K×4 位）。
1.RAM的并联
❖ 为扩展存储器的字长