计算机存储器及存储系统知识
计算机四大基础知识点总结
计算机四大基础知识点总结计算机是现代社会不可或缺的一部分，它已经深入到我们的生活中的方方面面。
无论是工作、学习还是娱乐，我们都需要计算机来帮助我们处理数据、提高效率。
而要深入理解计算机，首先需要掌握计算机的四大基础知识点，包括计算机组织与体系结构、操作系统、数据结构与算法，以及编程语言。
一、计算机组织与体系结构1. 计算机的基本组成计算机主要由中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、输入设备、输出设备和存储设备组成。
CPU是计算机的“大脑”，它负责执行指令、控制数据流通。
RAM是计算机的临时存储区域，用来存储数据和程序。
输入设备是用来输入数据和指令的设备，比如键盘、鼠标等。
输出设备是用来展示计算结果的设备，比如显示器、打印机等。
存储设备是用来长期存储数据和程序的设备，比如硬盘、光盘等。
2. 计算机的体系结构计算机的体系结构包括指令系统、总线结构、存储系统和输入/输出系统。
指令系统是CPU执行指令的集合，包括指令格式、寻址方式和指令执行的时序规定。
总线结构用于连接 CPU、内存和输入/输出设备，传输数据和指令。
存储系统包括RAM和存储设备，用来存储数据和程序。
输入/输出系统负责将数据从输入设备传输到存储设备或输出设备，以及从存储设备传输到输出设备。
3. 计算机的工作原理计算机工作的基本原理可以概括为：输入、处理、输出和存储。
首先，计算机通过输入设备接收数据和指令。
然后，CPU根据指令执行相应的运算和逻辑操作，得到结果。
最后，计算机将结果通过输出设备展示给用户，同时也会将数据和程序存储在存储设备里。
4. 计算机的性能指标计算机的性能指标包括速度、存储容量和可靠性。
速度是指计算机执行任务的快慢，通常用处理器的主频来表示。
存储容量是指计算机能够存储数据和程序的大小，通常用RAM和硬盘容量来表示。
可靠性是指计算机运行稳定性和故障率，通常用故障率和平均时间故障间隔来表示。
二、操作系统1. 操作系统的功能操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机的接口。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结第一章一、数字计算机的五大部件（硬件）及各自主要功能（P6）计算机硬件组成：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
1、存储器（主存）主要功能：保存原始数据和解题步骤。
包括：内存储器（CPU 直接访问），外存储器。
2、运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。
3、控制器主要功能：从内存中取出解题步骤（程序）分析，执行操作。
包括：计算程序和指令（指令由操作码和地址码组成）。
4、输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
5、输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
注：1、冯诺依曼结构：存储程序并按地址顺序执行。
2、中央处理器（CPU）：运算器和处理器的结合。
3、指令流：取指周期中从内存读出的信息流，流向控制器。
数据流：在执行器周期中从内存读出的信息流，由内存流向运算器。
二、数字计算机的软件及各自主要功能（P11）1、系统软件：包括服务性程序、语言程序、操作程序、数据库管理系统。
2、应用程序：用户利用计算机来解决某些问题而设计。
三、计算机的性能指标。
1、吞吐量：表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信息量，用bps度量。
2、响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
3、利用率：在给定的时间间隔内，系统被实际使用的时间所在的比率，用百分比表示。
4、处理机字长：常称机器字长，指处理机运算中一次能够完成二进制运算的位数，如32位机、64位机。
5、总线宽度：一般指CPU从运算器与存储器之间进行互连的内部总线一次操作可传输的二进制位数。
6、存储器容量：存储器中所有存储单元（通常是字节）的总数目，通常用KB、MB、GB、TB来表示。
7、存储器带宽：单位时间内从存储器读出的二进制数信息量，一般用B/s（字节/秒）表示。
8、主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，按照规定在某个时间段做什么（从什么时候开始、多长时间完成），主时钟不断产生固定频率的时钟信号。
计算机基础知识第二课
计算机基础知识第二课
计算机基础知识第二课主要包括以下内容：
1. 存储介质和存储器：
- 存储介质：包括硬盘、光盘、闪存等，用于长期存储数据。
- 存储器：包括内存、高速缓存等，用于临时存储数据，提高计算机的运行速度。
2. 文件系统：
- 文件系统是计算机用于组织和存储文件的一种方式。
- 常见的文件系统有FAT32、NTFS、EXT4等。
3. 输入输出设备：
- 输入设备：用于将外部数据输入到计算机中，包括键盘、鼠标、摄像头等。
- 输出设备：用于将计算机处理后的数据输出，包括显示器、打印机、音响等。
4. 操作系统：
- 操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机硬件资源，提供用户与计算机之间的接口。
- 常见的操作系统有Windows、macOS、Linux等。
5. 网络基础知识：
- IP地址：用于唯一标识网络中的设备。
- 网关：连接不同网络的节点，用于数据包的转发。
- DNS：域名系统，将域名解析为IP地址的服务。
6. 计算机网络：
- 计算机网络是多个计算机通过通信设备互联而成的系统。
- 常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型等。
7. 数据通信：
- 数据通信是指计算机之间通过信号传输数据的过程。
- 常见的数据传输方式有串行传输和并行传输。
8. 计算机安全：
- 计算机安全是指保护计算机系统和数据免受未经授权的访问、使用、披露、破坏的能力。
- 常见的计算机安全措施有防火墙、密码、身份认证等。
以上是计算机基础知识第二课的主要内容。
计算机原理 第四章 存储系统 课堂笔记及练习题
计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题主题：第四章存储系统学习时间：2016年10月24日--10月30日内容：一、学习要求这周我们将学习第四章存储系统的相关内容。
通过本章的学习要求了解主存储器的主要技术指标、理解存储器的层次结构及分类，加深对半导体随机读写器相关知识的理解。
二、主要内容（一）存储系统概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，是计算机系统的重要组成部分之一。
存储器有主存储器和辅助存储器之分，主存储器（简称主存）处于全机中心地位，直接与CPU交换信息；辅助存储器（简称辅存）或称为外存储器（简称外存）通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据，在程序执行过程中，每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器，需要通过主存储器与CPU交换信息。
（二）主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。
计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。
主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度，一般用存储器存取时间和存储周期来表示。
存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。
通常，存储周期略大于存取时间。
（三）存储器的层次结构对存储器的要求是“大容量、高速度、低成本”，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。
一般来讲，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。
主存-辅存层次，满足了存储器的大容量和低成本需求。
cache-主存层次，解决了速度与成本之间的矛盾。
现代大多数计算机同时采用主存-辅存和cache-主存这两种存储层次，构成cache-主存-辅存三级存储层次，如下图所示。
CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括cache和主存储器。
【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。
存储器系统基本知识
（2）扇区
每个磁道划分成若干相等的区域，每个区域称为—个扇区，扇区是软 盘的基本存储单位。 每个磁道上的扇区数可为9、15、18等。扇区的编号 从1号开始，每个扇区为512B。计算机对软盘进行读写时，无论数据多少， 总是读写一个或几个完整的扇区。
（3）写保护口
3.5寸软盘的写保护口在磁盘背面，窗口中有一滑块，若移动滑块使窗 口透光，则该盘处于写保护状态，只能读出不能写入。处于写保护状态的 软盘，只能读出数据，不能写入、删除，也小会受病毒侵入。
那么高速缓存中相应的内容也应随之改变。反过来，如果CPU修改了高速缓存
中的内容，也应修改内存中的相应内容。 Intel 80486及更尚档微处理器的—个显著特点是在CPU芯片内集成了
SRAM作为高速缓存。因为这些高速缓存装在芯片内，所以称为内部高速缓存 或—级高速缓存，目前，微机的一级高速缓存多为32KB或64KB。由于80486 及更高档CPU的时钟频率都很高，一旦出现一级高速缓存未命中，性能将明显 降低。在这种情况下，通常是在CPU芯片外再加高速缓存称为二级高速缓存， 即外部高速缓存，它实际上是内存和CPU之间的真正缓存。外部高速缓存的容 量都比内部高速缓存大，目前微机的二级高速缓存多为256KB或512KB的同步 高速缓存，即高速缓存和CPU采用相同的时钟周期以相同的速度同步工作。其 性能要比异步高速缓存要高30％以上。
盘由多片盘片组成，盘片同心地固定在同一根轴上，片与片之间留有供磁 头进退的间隙。硬磁盘与硬磁盘驱动器作为一个整体密封在—个金属腔体 中，称为硬盘机，简称硬盘。
硬盘按盘径大小可分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in等几种，硬盘尺寸小 型化是硬盘的发展方向。
3.光盘存储器
光监存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘存储器由光盘 片和光盘驱动器构成。目前用于计算机系统的光盘可分为：只读型光盘 （CD-ROM）、一次写入型光盘（WORM）和磁光盘（MO）以及DVD。
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。
存储基础知识培训
存储基础知识培训一、存储概述存储是计算机系统中非常重要的组成部分，用于保持数据和程序的持久性。
在大数据时代的背景下，存储的重要性愈发凸显。
本文将介绍存储的基础知识，以帮助读者全面了解存储的相关概念和技术。
二、存储类型1.主存储器主存储器（Main Memory）是计算机系统中最直接与CPU交互的存储设备，也被称为内存。
主存储器的容量决定了系统同时存储的数据和程序大小。
2.辅助存储器辅助存储器（Secondary Storage）用于长期存储大量的数据和程序，例如硬盘、光盘、固态硬盘等。
辅助存储器的容量一般远大于主存储器，可用于大数据存储和备份。
三、存储技术1.磁盘存储磁盘存储是一种机械存储技术，通过将数据存储在旋转的磁盘上来实现数据的读写。
磁盘以扇区为单位进行数据的存储和访问，随机存取速度较慢，但容量较大。
2.固态存储固态存储（Solid State Storage）采用闪存芯片作为存储介质，相对于传统磁盘存储具有更快的读写速度和较好的耐用性。
固态硬盘（SSD）已逐渐取代传统机械硬盘成为存储系统的主力。
3.网络存储网络存储（Network Storage）指的是通过网络连接远程存储设备的存储技术。
常见的网络存储技术有网络附加存储（NAS）和存储区域网络（SAN），可实现数据的共享和备份。
四、存储管理1.存储器层次结构计算机系统的存储器层次结构由多级存储构成，层次结构越高，存取速度越快，成本越高。
常见的存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
2.存储系统管理存储系统管理涉及存储资源的分配和管理，包括存储容量的规划、文件系统的设计与管理、数据备份与还原等。
合理的存储系统管理能够提高存储系统的效率和可靠性。
五、存储安全1.数据安全存储安全是指对存储中的数据进行保护和控制，以防止非法访问、损坏或泄露。
常见的数据安全措施包括数据加密、访问权限控制和备份恢复。
2.存储设备安全存储设备安全涉及到存储设备的管理和防护。
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。
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
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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）
计算机总复习知识点整理
第三章存储器1、SRAM读写时序●读过程●写过程2、DRAM读写时序●读过程●写过程3、DRAM刷新方式●原因：DRAM存储位元是基于电容器上的电荷量存储。
整个刷新间隔内，前一段时间用于正常的读/写操作。
而在后一段时间停止读/写操作，逐行进行刷新。
一个存储周期的时间分为两段，前一段时间tM用于正常的读/写操作，后一段时间tR用于刷新操作上述两种方式结合起来构成异步刷新。
●CPU在取指周期后的译码时间内，插入刷新操作。
●有单独的刷新控制器，刷新由单独的时钟、行计数与译码独立完成。
4、存储器容量扩充的方式①位扩展：用几片位数少的存储器芯片，构成具有给定字长的存储器；②字扩展：字扩展是容量的扩充，位数不变。
5、多模交叉存储器一个由若干模块组成的主存储器是线性编址的。
这些地址在各个模块中有两种安排方式:①顺序方式：特点：（优点）某个模块进行存取时，其它模块不工作，某一模块出现故障时，其它模块可以照常工作，通过增添模块来扩充存储器容量比较方便，（缺点）但各模块串行工作，存储器的带宽受到了限制。
②交叉方式：特点：地址码的低位字段经过译码（片选，非门）选择不同的模块，而高位字段指向相应模块内的存储字。
连续地址分布在相邻的不同模块内，同一模块内的地址是不连续的；（优点）对连续字的成块传送可实现多模块并行存取，提高了存储器的带宽。
6、存储器系统的层次结构存储系统的层次结构就是把各种不同容量和不同存取速度的存储器按一定的结构有机地组织在一起；7、缓存的基本工作原理数据交换：♦Cache原理图中，cache的容量为16字，分为4行，每行4个字。
♦拷贝到cache的块的地址存放在一个相联存储器中地址映射以及和主存数据交换机构全由硬件实现，并对程序员透明。
补充：Cache的工作原理是基于程序访问的局部性。
根据程序的局部性原理，可以在主存和CPU通用寄存器之间设置一个高速的容量相对较小的存储器，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入这个存储器，供CPU在一段时间内使用。
存储基础知识试题及答案
存储基础知识试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 计算机存储器中，RAM代表什么？A. 随机存取存储器B. 只读存储器C. 可编程只读存储器D. 硬盘存储器答案：A2. 在计算机系统中，哪个部件负责将数据从硬盘传输到RAM？A. CPUB. 内存控制器C. 硬盘控制器D. 输入/输出控制器答案：B3. 以下哪种类型的存储器是易失性的？A. ROMB. EPROMC. SRAMD. 硬盘答案：C4. 计算机启动时，BIOS存储在哪种类型的存储器中？A. RAMB. ROMC. SRAMD. 硬盘5. 计算机中的高速缓存（Cache）位于何处？A. CPU内部B. 主板C. RAM内部D. 硬盘答案：A6. 以下哪种类型的存储器是永久性的？A. RAMB. ROMC. SRAMD. 硬盘答案：B7. 计算机存储器的地址空间是指什么？A. 存储器的物理大小B. 存储器的逻辑大小C. 存储器的访问速度D. 存储器的接口类型答案：B8. 计算机中，字节（Byte）通常由多少位（bit）组成？A. 4B. 8C. 16D. 32答案：B9. 以下哪种类型的存储器通常用于存储操作系统？B. ROMC. SRAMD. 硬盘答案：D10. 计算机中的虚拟内存是指什么？A. 物理内存B. 硬盘上的一部分空间C. 内存条D. 只读存储器答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 以下哪些是计算机存储器的类型？A. RAMB. ROMC. SRAMD. DRAM答案：ABCD2. 计算机存储器的层次结构包括哪些？A. 寄存器B. 缓存C. 主存储器D. 辅助存储器答案：ABCD3. 以下哪些因素会影响计算机存储器的性能？A. 存储器的容量B. 存储器的访问速度C. 存储器的类型D. 存储器的成本答案：ABC4. 计算机存储器的哪些特性是重要的？A. 容量B. 速度C. 可靠性D. 成本答案：ABCD5. 以下哪些是计算机存储器的易失性特点？A. 当电源关闭时，数据会丢失B. 当电源关闭时，数据不会丢失C. 数据可以在没有电源的情况下长期保存D. 数据只能在有电源的情况下保存答案：AD三、判断题（每题1分，共10分）1. 计算机中的RAM是易失性的存储器。
存储器基础知识概览
存储器基础知识概览存储器是计算机中用于存储和提取数据的设备，也被称为内存。
在计算机系统中，存储器扮演着至关重要的角色，对于计算机的性能和效率有着重要影响。
本文将概览存储器的基础知识，包括存储器的分类、工作原理以及主要的存储器类型。
一、存储器的分类按照存储介质的不同，存储器可以分为两大类：主存储器和辅助存储器。
1. 主存储器：主存储器是计算机中直接与CPU进行数据交互的存储器，常见的主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM具有读写功能，它能快速地存储和提取数据，但是数据存储是临时的，断电后数据会丢失。
而ROM则用于存储固定的数据和程序，内容不会因断电而丢失。
2. 辅助存储器：辅助存储器用于长期存储数据和程序，主要包括硬盘、固态硬盘、光盘和磁带等。
相较于主存储器，辅助存储器的存储容量更大，但是读写速度较慢。
二、存储器的工作原理存储器的工作原理可以简单描述为：数据从CPU传输到存储器，存储器进行存储或提取操作，然后将数据返回给CPU。
1. 写操作：当CPU需要向存储器写入数据时，它会向存储器发送写操作指令和待写入的数据。
存储器接收到指令后，将数据写入指定的地址中，以便后续读取。
2. 读操作：当CPU需要从存储器读取数据时，它会向存储器发送读操作指令和待读取数据的地址。
存储器接收到指令后，将指定地址的数据读取出来，并发送给CPU进行处理。
三、主要的存储器类型存储器的类型包括RAM、ROM以及一些特殊的存储器，如高速缓存（Cache）和虚拟内存（Virtual Memory）等。
1. RAM（随机存取存储器）：RAM是计算机系统中最常见的存储器类型，它具备读和写的功能，并且数据可以快速访问。
RAM又可以分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。
SRAM 的读取速度更快，但成本较高；DRAM的存储密度更高，更适合于大容量存储。
2. ROM（只读存储器）：ROM用于存储无需修改的数据和程序，内容通常是出厂时被写入的。
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
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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
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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
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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
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2)容量比主存小，一般有数KB到数MB； 3)速度比主存快5－10倍；
高速缓冲存储器
特点(2/2)： 4)其容量是主存的部分副本； 5)其用途可用来存放指令，也可用来存放数据； 6)快存的功能全部由硬件实现，并对程序员透明。
高速缓冲存储器
主存地址
标记
m位
页号2 c－1
主存页面标记 cache页面地址 页内地址
t位
c位
b位
页面地址的直接映像
主存贮器 页号0 页号1
页号2 c －1 页号2 c
页号2 c ＋1
页号2c+1－1 页号2 c+1
页号2 m －1
高速缓冲存储器
全相联映象 1）主存中的每一页面可以映象到Cache中的任
何一个页面位置上，也允许采用任何替换算法 从被占满的Cache中替换掉任何一个旧页面。 2）主存地址 3）优点：灵活 4）缺点: 访问速度太慢，因为要与所有标记全部比较一
小结：上述三种映象技术有一定的内在联系： 当r＝0时，就是直接映象；当r＝c时，就是全相 联映象。
高速缓冲存储器
Cache
（r=1）
标记
0页
0组 标记
1页
标记
2页
1组 标记
3页
2 c－r－1组
标记 标记
t＋r
2 c－2 2 c－1
主存地址 主存字块标记 t+r位
组地址 页内地址
n位
b位
c=n＋r 页面地址的组相联映像
CE . 16K×8 …. .
WE
CE 16K×8
WE
CE 16K×8
WE
CE 16K×8
WE
字扩展法组成64K RAM
字扩展
字位扩展法组成RAM
字位扩展
高速缓冲存储器
Cache概念： 1)CPU与主存储器之间的一种高速缓冲装置 2) Cache-主存层次结构：由硬件变换地址和
控制调度。 特点(1/2)：
1. 存储器概述
存储器的两大功能： 存储（写入Write）、 取出（读出Read）
基本要求： 1)大容量 2)高速度 3)低成本
1. 存储器概述
基本概念： 基本存储单元：存储一位（bit）二进制代码的
存储元件称为基本存储单元（或存储元）。 存储单元：主存中最小可编址的单位，是CPU对
主存可访问操作的最小单位。 存储体：多个存储单元按一定规则组成一个整体。 存储器分辩率：指存储器能被区分、识别与操作
遍，才能确定是否命中；成本太高。
高速缓冲存储器
Cache存贮器 标记 页号0
标记 页号1
主存地址
标记 m=t+c 位
2c －1
主存页面标记 m=t+c 位
页内地址 b位
全相联映像方式
主存 页号0 页号1
页号i
页号2m－1
高速缓冲存储器
组相联映象（1/2） A）将Cache分为2n 个组，每组包含2r 个页面，Cache共 有2c =2n+r 个页面。其映象关系为：j=(i mod 2 n )×2r ＋k (0≤k≤2r-1) 例，设n=3位，r=1位，考虑主存字块15可映象到Cache的 哪一个字块中。
高速缓冲存储器
Cache存储器的地址映象 1、概念
1）地址映象：为了把信息放到Cache中，必须应 用某种函数把主存地址映象到Cache中定位。 2）地址变换(地址变换)：在信息按这种映象关系 装入Cache后，执行程序时，将主存地址变换成 Cache地址。
直接映象
地址映象方式 全相联映象 组相联映象
页内行地址
控制位 实页号
物理页号 页内行地址
页表（在主存中）
实存地址
页式虚拟存贮器的虚－实地址变换
虚拟存储器
2、段式虚拟存储器（1/2） 段式虚拟存储器：以程序的逻辑结构所形
成的段(如过程，子程度等)作为主存空间分配 单位的虚拟存储管理方式，由于各段的长度因 程序而异，虚拟地址由段号和段内地址组成。
辅助硬件 辅助硬，软件
（a） 两级存储器层次结构
（b） 三级存储器层次结构
存储器层次结构
教学过程
1 存储器概述 2 主存储器 3主存储器组织 4 存储保护
2. 主存储器
存储器的性能指标是对存储器的主要要 求，也是对存储器进行设计、使用和提高时 的主要依据，存储器性能指标也称为存储器 参数。
主存储器技术指标
可得： j=(i mod 2 n )×2 r ＋k =(15 mod 2 3)×2 1
＋k =7×2+k =14+k
高速缓冲存储器
组相联映象（2/2）
因为 0≤k≤2 r -1=1，所以 ：k=0或1 代如后得j=14（k=0）或15（k=1）。所以主存模块
15可映象到Cache字块14或15。在第7组。 B）主存地址 C）组间是直接映象，组内是全相联映象。
计算机系统与结构
第4章 存储器及存储系统
教学目标
了解存储器分类及分级结构 掌握半导体存储器芯片基本工作原理 掌握提高存储器性能的主要方法
教学重点
半导体存储器芯片基本工作原理 存储器与中央处理器的连接方法 提高存储器性能的主要方法
教学过程
1 存储器概述 2 主存储器 3主存储器组织 4 存储保护
随机访问存储器RAM
读写存储器:对它里面的信息既可读取也可 改写，并且在任何时刻访问任何存储单元所花 费的时间是一样的 。
RAM可分为：
双极型RAM：速度高、集成度较低、功耗大、 成本高，高速缓冲存储器。
单极型RAM
静态RAM 动态RAM
RAM性能的比较
速度 集成度 功耗 成本 作用
双极型 快 低
虚拟存储器
1、页式虚拟存储器（3/3） 工作原理：
A）CPU提供虚地址：逻辑地址+页内地址 B）访问页表：页表基址寄存器+逻辑页号 C）查表。若页面命中：主存地址：物理页号 +页内地址；若未命中：启动I/O系统，从外 存调入主存。
虚拟存储器Leabharlann 页表基址寄存器 页表基地址
CPU提供的虚存地址
逻辑页号（虚页号）
Cache的基本组成
Cache存储器 Cache控制器 地址变换逻辑 替换逻辑组成
高速缓冲存储器
Cache的工作原理(1/3)： 1)Cache以块为单位进行操作。 2)当CPU发出访内操作请求后，首先由Cache
控制器判断当前请求的字是否在Cache中，若 在，叫命中，否则，不命中。
高速缓冲存储器
存储容量： 1)存储容量是指一个功能完备的存储器所能容纳
的二进制信息总量，即可存储多少位二进制信 息代码。 2)存储容量＝存储字数×字长 3)要求：大容量。
主存储器技术指标
存储器速度
存储器取数时间（Memory Access Time）: 从存储器读出／写入一个存储单元信息或从
存储器读出／写入一次信息（信息可能是一个 字节或一个字）所需要的平均时间。
页式虚拟存储器 段式虚拟存储器 段页式虚拟存储器
虚拟存储器
1、页式虚拟存储器（1/3） 页面：以页为信息传送单位的虚拟存储器，
即在这种虚拟存储器中，不论是虚拟空间，还 是主存空间都被分成大小相等的页。
A）逻辑页：虚存空间，虚拟地址分为两个字 段：高位字段为逻辑页号，低位字段为页内行 地址；
B）物理页：主存空间，实存地址也分为两个 字段：高位字段为物理页号，低位字段为页内 行地址.
有最佳的性能价格比。 工作原理：CPU首先访问Cache，如果Cache中
没有，则存储系统通过辅助硬件，到主存储器中 去找；如果主存没有CPU要访问的内容，则存储系 统通过辅助硬件或软件，到辅存中去找。然后把 找到的数据逐级上调。
存储器的分级结构
CPU
辅
助
主存
软
硬
件
辅存
CPU Cache 主存 辅存
主存储器技术指标
可靠性 用平均无故障时间MTBF来衡量。
1)对于破坏性读出的存储器：设立缓冲寄存器 2)断电后信息会丢失：备用电源的方法或采用中
断的技术转储 3)动态存储：定期刷新
主存储器技术指标
价格 是衡量经济性能的重要指标。设Ｃ是存储
容量为Ｓ位的整个存储器以元计算的价格，可 定义存储器成本c为：
.地址线的连接 .数据线的连接 .控制线的连接。 存储器扩展： 位扩展, 字扩展, 字位扩展
存储器与中央处理器的连接
中央 处理器CPU
D0 :
D7
6 5 4 3 2 8k×1
8 7
位扩展组成的8K RAM
位扩展
存储器与中央处理器的连接
A15 2：4 CPU A14 译码器
A0 A13
WE D0－D7
高速缓冲存储器
Cache的工作原理(3/3)： 4)未命中：
若是“读”请求，则从主存读出所需字送CPU， 且把含该字的一块送Cache; 若是“写”请求，直接写入主存。
高速缓冲存储器
Cache替换算法： ① 先进先出法(FIFO):命中率不高。 ② 近期最少使用算法(LRU):命中率比FIFO有 所提高，并不最理想。 ③ 优化替换算法(OPT):一种理想算法，但实现 起来难度大。只作为衡量其它算法的标准。
主存 0页 1页
2 c－r－1 2 c－r
2 c－r＋1
2 c－r＋1－1 2 c－r＋1
2 m－1
虚拟存储器
功能与特点: 1） 虚拟存储器是“主存－外存”层次； 2）使计算机的存取容量达到辅存的容量； 3）使计算机存储速度接近主存的速度； 4）使计算机整个存储系统的成本接近辅存的成本。