计算机组成与结构第五版第4章主存储器资料
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▪ 存储系统是整个系统的瓶颈。 ▪ 到目前为止，存储设备的速度，仍然明显地
慢于同级别的中央处理器的速度。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储系统的关键是如何组织好速度、容量和 价格均不相同的存储器
➢ 使这个存储器的速度接近速度最快的存储器 ➢ 存储容量与容量最大的存储器相等 ➢ 单位容量的价格接近容量最大的存储器
➢ 存放计算机运行期间的大量程序和数据； ➢ 存取速度较快，存储容量不大。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 辅助存储器
➢ 辅存速度允许慢些，因此价格较低； ➢ 大量静止、待命的信息分布在辅存上，当需
要辅存上的某些信息活跃起来时，它将由计 算机专门的存储管理部件调入主存，然后才 被CPU访问； ➢ 存放系统程序和大型数据文件及数据库； ➢ 存储容量大，成本低。
存储器分类
▪ 按存储介质分类
➢ 半导体存储器 ➢ 磁表面存储器 ➢ 光存储器
存储器分类
➢ 半导体存储器
用半导体器件组成的存储器（电子介质）； 速度快、成本高。随着大规模集成电路的发展，
半导体存储器成本大幅度降低； 信息易挥发（当计算机断电时，信息随之消
失）。
➢ 磁表面存储器
用磁性材料做成的存储器，又称海量存储器； 速度慢、成本低。例如：磁盘、磁带、磁卡等。
➢ 主存储器：简称主存（内存），设在主机内 部。用来存储计算机当前运行时现场要使用 的信息；
➢ 辅助存储器：简称辅存（外存），设在主机 外部。用来计算机当前运行时暂时不需要使 用，但必须存储在计算机中的信息 。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 主存储器
➢ 主存处于被中央处理机CPU直接访问的位置， 由随机存储器RAM和只读存储器ROM组成， 能快速进行读写操作；
▪ 因此计算机指令的执行速度在很大程度上依赖于 主存（内存）的读写速度。
▪ 高性能的CPU只有配置速度与之匹配的内存才能 充分发挥CPU的功能，系统只有配置大容量的内 存才能为高水平软件提供足够的工作平台。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 由于中央处理器是高速器件，而主存的读写 速度则慢得多，不少指令的执行速度与主存 储器技术的发展密切相关。
存储器分类
➢ 顺序存取存储器SAM
只能按某种顺序来存取的存储器； 容量大，速度慢，用作计算机外存。 最典型的是磁带存储器 。
➢ 直接存取存储器DAM
在存取数据时不必对存储介质做事先顺序搜索 而直接存取信息的存储器；
DAM介于顺序存取存储器和随机存储器之间。 对于一个磁道是随机存取，但在每一个磁道内 是顺序查找；
3. 共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放 共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了 存储器作为全机中心的作用。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 计算机执行程序时，CPU从存储器中提取程序 （从主存提取程序，而存放在外存的程序、数据 只有调入主存后才能被CPU提取执行），按程序 的指令控制计算机的执行，对存储器中的数据进 行相应的处理，或者CPU控制将存储器中的数据 输出。
▪ 三大因素：速度、容量、价格
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 为解决三者之间的矛盾，目前通常采用多级 存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、 主存储器和外存储器。
寄存器
Cache 主存储器 辅助存储器
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储器的用途和特点
名 称 简称
用途
特点
高速缓冲 存储器
Cache 高速存取指令和数据
➢ 动态存储器DRAM ➢ 静态存储器SRAM
存储器分类
➢ 只读存储器ROM
在正常工作时，存储的内容是固定不变的，只 能读出而不能写入新信息的半导体存储器；
内容是通过特殊线路预先写进去的，一旦写入 后，即使断电，ROM里的存储内容仍不会丢 失，能够长期保存，是一种非易失性存储器；
ROM的电路比RAM简单，集成度高，成本低； 通常用作存放固定的程序、数据。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储器是计算机的一种具有记忆功能的部件， 用以存放程序、数据、符号等信息。
▪ 分两种情况：
➢ 一是计算机当前运行时现场要使用的信息； ➢ 二是计算机当前运行时暂时不需要使用，但
必须存储在计算机中的信息。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 现代计算机都配备有主存储器和辅助存储器。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 在现代计算机中，主存处于全机中心地位的原因
1. 当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存于 CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最 后结果）均存放在存储器中。CPU直接从存储器 取指令或存取数据。
2. 计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送 速度加快，因此采用了直接存储器存取（DMA） 技术和输入输出通道技术，在存储器与输入输出 系统之间直接传送数据。
存取速度快 存储容量小
主存储器
Байду номын сангаас主存
存放计算机运行期间 的大量程序和数据
存取速度较快 存储容量不大
外存储器
外存
存放系统程序和大型 数据文件及数据库
存储容量大 位成本低
第4章 主存储器
▪ 4.1 主存储器处于全机中心地位 ▪ 4.2 主存储器分类 ▪ 4.3 主存储器的主要技术指标 ▪ 4.4 主存储器的基本操作 ▪ 4.5 读/写存储器(即随机存储器(RAM)) ▪ 4.6 非易失性半导体存储器 ▪ 4.7 DRAM的研制与开发 ▪ 4.8 半导体存储器的组成与控制 ▪ 4.9 多体交叉存储器
➢ 光存储器
光介质，又称激光存储器。
存储器分类
▪ 按存取特性分类
➢ 随机存储器RAM ➢ 只读存储器ROM ➢ 顺序存取存储器SAM ➢ 直接存取存储器DAM
存储器分类
➢ 随机存储器RAM
任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取 时间和存储单元的物理位置无关。
读写方便，使用灵活，但断电后RAM中的信 息会丢失，所以它是易失型存储器。
第4章 主存储器
▪ 4.1 主存储器处于全机中心地位 ▪ 4.2 主存储器分类 ▪ 4.3 主存储器的主要技术指标 ▪ 4.4 主存储器的基本操作 ▪ 4.5 读/写存储器(即随机存储器(RAM)) ▪ 4.6 非易失性半导体存储器 ▪ 4.7 DRAM的研制与开发 ▪ 4.8 半导体存储器的组成与控制 ▪ 4.9 多体交叉存储器
慢于同级别的中央处理器的速度。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储系统的关键是如何组织好速度、容量和 价格均不相同的存储器
➢ 使这个存储器的速度接近速度最快的存储器 ➢ 存储容量与容量最大的存储器相等 ➢ 单位容量的价格接近容量最大的存储器
➢ 存放计算机运行期间的大量程序和数据； ➢ 存取速度较快，存储容量不大。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 辅助存储器
➢ 辅存速度允许慢些，因此价格较低； ➢ 大量静止、待命的信息分布在辅存上，当需
要辅存上的某些信息活跃起来时，它将由计 算机专门的存储管理部件调入主存，然后才 被CPU访问； ➢ 存放系统程序和大型数据文件及数据库； ➢ 存储容量大，成本低。
存储器分类
▪ 按存储介质分类
➢ 半导体存储器 ➢ 磁表面存储器 ➢ 光存储器
存储器分类
➢ 半导体存储器
用半导体器件组成的存储器（电子介质）； 速度快、成本高。随着大规模集成电路的发展，
半导体存储器成本大幅度降低； 信息易挥发（当计算机断电时，信息随之消
失）。
➢ 磁表面存储器
用磁性材料做成的存储器，又称海量存储器； 速度慢、成本低。例如：磁盘、磁带、磁卡等。
➢ 主存储器：简称主存（内存），设在主机内 部。用来存储计算机当前运行时现场要使用 的信息；
➢ 辅助存储器：简称辅存（外存），设在主机 外部。用来计算机当前运行时暂时不需要使 用，但必须存储在计算机中的信息 。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 主存储器
➢ 主存处于被中央处理机CPU直接访问的位置， 由随机存储器RAM和只读存储器ROM组成， 能快速进行读写操作；
▪ 因此计算机指令的执行速度在很大程度上依赖于 主存（内存）的读写速度。
▪ 高性能的CPU只有配置速度与之匹配的内存才能 充分发挥CPU的功能，系统只有配置大容量的内 存才能为高水平软件提供足够的工作平台。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 由于中央处理器是高速器件，而主存的读写 速度则慢得多，不少指令的执行速度与主存 储器技术的发展密切相关。
存储器分类
➢ 顺序存取存储器SAM
只能按某种顺序来存取的存储器； 容量大，速度慢，用作计算机外存。 最典型的是磁带存储器 。
➢ 直接存取存储器DAM
在存取数据时不必对存储介质做事先顺序搜索 而直接存取信息的存储器；
DAM介于顺序存取存储器和随机存储器之间。 对于一个磁道是随机存取，但在每一个磁道内 是顺序查找；
3. 共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放 共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了 存储器作为全机中心的作用。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 计算机执行程序时，CPU从存储器中提取程序 （从主存提取程序，而存放在外存的程序、数据 只有调入主存后才能被CPU提取执行），按程序 的指令控制计算机的执行，对存储器中的数据进 行相应的处理，或者CPU控制将存储器中的数据 输出。
▪ 三大因素：速度、容量、价格
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 为解决三者之间的矛盾，目前通常采用多级 存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、 主存储器和外存储器。
寄存器
Cache 主存储器 辅助存储器
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储器的用途和特点
名 称 简称
用途
特点
高速缓冲 存储器
Cache 高速存取指令和数据
➢ 动态存储器DRAM ➢ 静态存储器SRAM
存储器分类
➢ 只读存储器ROM
在正常工作时，存储的内容是固定不变的，只 能读出而不能写入新信息的半导体存储器；
内容是通过特殊线路预先写进去的，一旦写入 后，即使断电，ROM里的存储内容仍不会丢 失，能够长期保存，是一种非易失性存储器；
ROM的电路比RAM简单，集成度高，成本低； 通常用作存放固定的程序、数据。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 存储器是计算机的一种具有记忆功能的部件， 用以存放程序、数据、符号等信息。
▪ 分两种情况：
➢ 一是计算机当前运行时现场要使用的信息； ➢ 二是计算机当前运行时暂时不需要使用，但
必须存储在计算机中的信息。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 现代计算机都配备有主存储器和辅助存储器。
4.1 主存储器处于全机中心地位
▪ 在现代计算机中，主存处于全机中心地位的原因
1. 当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存于 CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最 后结果）均存放在存储器中。CPU直接从存储器 取指令或存取数据。
2. 计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送 速度加快，因此采用了直接存储器存取（DMA） 技术和输入输出通道技术，在存储器与输入输出 系统之间直接传送数据。
存取速度快 存储容量小
主存储器
Байду номын сангаас主存
存放计算机运行期间 的大量程序和数据
存取速度较快 存储容量不大
外存储器
外存
存放系统程序和大型 数据文件及数据库
存储容量大 位成本低
第4章 主存储器
▪ 4.1 主存储器处于全机中心地位 ▪ 4.2 主存储器分类 ▪ 4.3 主存储器的主要技术指标 ▪ 4.4 主存储器的基本操作 ▪ 4.5 读/写存储器(即随机存储器(RAM)) ▪ 4.6 非易失性半导体存储器 ▪ 4.7 DRAM的研制与开发 ▪ 4.8 半导体存储器的组成与控制 ▪ 4.9 多体交叉存储器
➢ 光存储器
光介质，又称激光存储器。
存储器分类
▪ 按存取特性分类
➢ 随机存储器RAM ➢ 只读存储器ROM ➢ 顺序存取存储器SAM ➢ 直接存取存储器DAM
存储器分类
➢ 随机存储器RAM
任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取 时间和存储单元的物理位置无关。
读写方便，使用灵活，但断电后RAM中的信 息会丢失，所以它是易失型存储器。
第4章 主存储器
▪ 4.1 主存储器处于全机中心地位 ▪ 4.2 主存储器分类 ▪ 4.3 主存储器的主要技术指标 ▪ 4.4 主存储器的基本操作 ▪ 4.5 读/写存储器(即随机存储器(RAM)) ▪ 4.6 非易失性半导体存储器 ▪ 4.7 DRAM的研制与开发 ▪ 4.8 半导体存储器的组成与控制 ▪ 4.9 多体交叉存储器