存储系统概述

存储系统概述

第3章存储系统第3章存储系统3.1存储器概述3.2半导体读写存储器3.3半导体只读存储器和闪速存储器3.4主存储器与CPU的连接3.5并行存储器3.6高速缓冲存储器(Cache)3.7虚拟存储器3.8外存储器典型习题与解答

3.1存储器概述

3.1.1存储器分类

3.1.2存储系统的设计及分级结构

3.1.3主存储器的性能指标

3.1.1存储器分类存储器：计算机硬件系统中用于存放程序和数据等二进制信息的部件。

1、按存储介质分类

2、按存取方式分类

3、按在计算机中的功能分类

4、其他分类1、按存储介质分类(1)由半导体器件组成的半导体存储器；

(2)由磁性材料做成的磁表面存储器，例如磁盘存储器和磁带存储器；

(3)由光介质构成的光介质存储器，一般做成光盘。

2、按存取方式分类(1)随机存取存储器RAM(Random Access Memory)

存储单元都能按地址访问，而且存取时间与存储单元的物理位置无关的存储器，称为RAM。

例如半导体读写存储器

主要用途：主存、Cache、外设缓存。

(2)顺序存取存储器SAM(Sequential Access Memory)

信息按顺序写入或读出的存储器，称为SAM。以记录块为单位编址。例如：磁带存储器

特点：存储容量大，位价格低廉，存取速度慢。

主要用途：辅助存储器。

(3)直接存取存储器DAM(Direct Access Memory)

首先按存取信息的区域随机访问，然后在指定区域用顺序方式存取的存储器，称为DAM。例如：磁盘存储器

特点：容量较大，速度和位价格介于SAM和RAM之间

主要用途：辅助存储器。

3、按在计算机中的功能分类(1)主存储器(主存)

用于存放计算机运行期间的大量程序和数据的存储器，CPU能直接访问。

由动态MOS存储器构成

(2)高速缓冲存储器Cache Cache：介于CPU和主存之间的高速小容量存储器，用于存放最活跃的程序块和数据。特点：速度快，但容量小。(3)辅助存储器(外存储器)存放当前暂不参与运行的程序和数据，需要时再与主存成批交换

信息的存储器。

组成：磁表面存储器，光盘存储器。

特点：容量大，可存放大量的程序和数据，但速度慢。

外存的信息需要调入主存后才能被CPU使用。(4)控制存储器CM

在微程序控制的计算机中，用于存放执行指令的微程序的存储器。

CM一般由ROM构成，属于控制器的一部分。

4、其他分类(1)按读写功能分类a.只读存储器ROM：工作时只能读出不能

写入的存储器。b.读写存储器RAM：既能读出又能写入的存储器。?(2)按信息

的可保存性分类a.永久性存储器：断电后仍能保存信息的存储器，如磁表面存

储器。b.非永久性存储器：断电后信息即消失的存储器，如半导体读写存储器。

3.1.2存储系统的设计目标及分级结构①存储系统的设计目标

在一定的成本下，获得尽可能大的存储容量，尽可能高的存取速度以及可

靠性等。

②多通用寄存器是现代计算机系统结构的特点之一。

多个通用寄存器寄存操作数及运算的中间结果，可有效提高机器的工作速度。

③计算机系统通常采用三级或三级以上的存储器结构。(如图3.1所示)：

计算机系统通常采用三级或三级以上的存储器结构1.高速缓冲存储器(Cache)

利用CPU运行程序的局部性原理，Cache存放最活跃的程序和数据；

若使CPU访问存储器时在Cache访问到的概率高，则从CPU的角度看到的

存储系统，其速度接近Cache的速度。2.主存储器(MS)

即是主要的存储器，存放计算机运行期间的大量程序和数据。

既能为CPU直接访问，又能把最活跃的程序和数据存放到Cache中，提供

给CPU使用。

3.外存储器存放当前暂不参与运行的程序和数据，当CPU需要时，再与主

存成批交换信息。

由磁盘存储器、光盘存储器和磁带存储器构成。小结：1.通过计算机的多

级存储管理，发挥各级存储器的效能；2.Cache主要强调高速存取速度，以便

使存储系统的速度与CPU相匹配；3.外存主要强调大的存储容量，以满足对计

算机大容量存储的要求；4.主存要求有适当的容量和存取速度，以使其能容纳

系统的核心软件和较多或较大的用户程序。3.1.3主存储器的性能指标

存储容量存储速度可靠性价格

1、存储容量：主存存储单元的总数例：8位微机20位地址码(按字节编址)最大容量：

2、存储周期：存储周期(TMC)：主存连续两次读/写操作之间所需的最短间隔时间。

存储周期的单位：ns(纳秒)1ns=10-9s

注意区别存取时间TA与存储周期TMC：TA强调的是从开始读或写到把信息读出来或写入存储介质所需的时间。

TMC则除了完成读出或写入信息的时间外，还包括存储器内部的恢复时间。

通常TMC TA

存储器带宽：主存带宽：指主存每秒钟可读/写的数据量，记为Bm，也称

为主存的数据传输速率。

单位：字节每秒(B/s)或位每秒(b/s)

带宽与TMC有关，还与主存的编址单位及结构等有关。

例子：

例：两台计算机A和B，TMC都是10ns，编址单位分别为32位和8位，则3.存储器的可靠性衡量标准：故障平均间隔时间MTBF(Mean Time Between Failures)

MTBF越长，可靠性越高。4、性能/价格比性能-容量、存储速度、可靠性

等