第6章 存储器层次结构
简述计算机存储器的层次结构
简述计算机存储器的层次结构计算机存储器是计算机系统的重要组成部分，它用于存储数据和程序。
在计算机存储器的层次结构中，存储器按照访问速度和容量递减的顺序划分为不同的层次。
这样可以实现快速访问大量数据的目的。
首先，计算机存储器的最高层次是寄存器。
寄存器是在CPU内部的高速缓存区域，可以存储CPU需要处理的指令和数据。
其速度非常快，是其他存储设备的数十甚至数百倍。
由于寄存器容量非常小，一般只有几十个字长，它所存储的指令和数据都是CPU直接操作的。
其次，计算机存储器的第二层是高速缓存。
高速缓存是位于CPU和主存储器之间的存储单元。
它的作用是存储最常用的数据和指令，以便CPU快速访问。
由于高速缓存的访问速度比主存储器快很多，在大部分情况下，CPU都可以直接访问高速缓存。
高速缓存的容量通常为数百KB至数MB，比寄存器大很多。
接下来是主存储器，也称为内存储器。
主存储器是计算机的核心组件之一，可以存储程序和数据，是计算机中最常用的存储器设备。
主存储器的容量通常在GB级别，其读写速度比较快，但是相对于寄存器和高速缓存来说，还是比较慢的。
其次是辅助存储器，这是计算机存储器层次结构中容量最大、速度最慢的存储器。
辅助存储器包括硬盘、光盘、U盘等。
它们可以长期保存大量的数据和程序，但是它们的读写速度相对比较慢。
不同层次存储器的存储速度和容量不同，因此根据应用的不同需要，可以选择最适合的存储器级别来进行操作。
例如，在做一些需要实时处理的计算过程中，需要使用到寄存器和高速缓存这种存储器；而对于需要大量长期存储的数据，辅助存储器是最好的选择。
因此，存储器的层次结构可以提高计算机的计算效率，减少资源浪费和时间浪费。
存储器层次结构
存储器层次结构计算机存储器层次结构是指在计算机系统中用于存储和访问数据的不同层级的存储设备。
它按照速度、容量和成本的不同划分为多个层级，以达到高效地存取数据的目的。
存储器层次结构的设计影响着计算机系统的性能和运行速度。
本文将介绍计算机存储器层次结构的基本概念以及各个层级的特点。
1. 导言计算机存储器层次结构是指计算机系统中用于存储和访问数据的多个层级，其目的是提高计算机系统的性能和运行速度。
存储器层次结构由速度、容量和成本不同的存储设备组成，按照速度从快到慢排列，形成存储器层次结构。
2. 寄存器寄存器是存储器层次结构中最快的存储设备，位于CPU内部。
它可以快速存取数据，但容量有限。
寄存器是计算机处理数据时的临时存储空间，用于存储指令、操作数和中间结果等。
由于寄存器的高速度和小容量，它常用于存储最频繁使用的数据，以加快数据的存取速度。
3. 高速缓存高速缓存是存储器层次结构中位于寄存器和主存之间的一层存储设备。
它采用了高速存取的方式，能够快速响应CPU的读写请求。
高速缓存分为多个级别，通常分为一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2Cache）。
一级缓存一般与CPU集成在同一芯片上，速度更快但容量较小；而二级缓存则位于CPU和主存之间，速度较慢但容量更大。
4. 主存主存是存储器层次结构中容量最大的一层，用于存储程序和数据。
它是CPU直接与外部存储设备之间的桥梁，具有较高的读写速度。
主存通常由动态随机存取存储器（DRAM）构成，容量较大，但速度相对较慢。
主存以字节为单位进行寻址和存取，通过地址总线与CPU进行数据的传输。
5. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构中速度最慢、容量最大、且相对便宜的存储设备。
它通常包括硬盘、光盘、闪存等。
辅助存储器主要用于长期存储大量的程序和数据。
相比于主存，辅助存储器的读写速度较慢，但容量大且价格低廉。
计算机在运行过程中，需要将辅助存储器中的数据加载到主存中进行处理，以提高运行效率。
存储器层次结构课件
优化成本：通过降低存储器的成 本来提高系统的性价比。例如， 使用更便宜的存储元件、优化设
计和批量生产等。
04 存储器层次结构性能评估 与优化方法
存储器层次结构性能评估指标
01
02
03
04
读取命中率
评估层次结构在读取操作中的 性能，衡量从存储器中获取所
需数据的速度和效率。
带宽
评估层次结构在数据传输方面 的性能，包括每秒传输的字节 数和每秒进行的操作次数。
存储器层次结构特点：存储器层次结构具有以下特点：1）访问速度逐层递减， 价格逐层递增；2）离CPU越近的存储器访问速度越快，价格也越高；3）离CPU 越远的存储器访问速度越慢，价格也越低。
存储器层次结构原理及应用
存储器层次结构应用场景- 嵌入式系统
服务器和数据中心：在服务器和数据中心中，由于需要处理大量的数据 和要求，通常采用较大的存储器层次结构，如主存储器、辅助存储器和
磁盘优化
采用更高效的磁盘技术 ，如SSD、HDD等，提 高磁盘I/O性能和存储容
量。
系统优化
通过优化操作系统、文 件系统和网络协议等，
提高整体系统性能。
存储器层次结构性能提升策略
负载均衡
通过公道分配负载，避免系统 过载或空载，提高整体性能。
缓存预热
在程序运行前，将热点数据提 前加载到缓存中，提高读取命 中率。
散布式文件系统等。
个人计算机：在个人计算机中，由于需要处理多种任务和应用程序，通 常采用适中的存储器层次结构，如高速缓存、主存储器和硬盘驱动器等 。
存储器层次结构原理及应用
存储器层次结构优化策略- 优化 访问速度
优化容量：通过增加存储容量来 满足不断增长的数据需求。例如 ，使用更大容量的硬盘驱动器、 内存模块和散布式文件系统等。
原题目：存储器的层次结构及其特点
原题目：存储器的层次结构及其特点存储器的层次结构及其特点引言存储器是计算机系统中非常重要的组成部分，它负责存储和提供指令和数据。
存储器的层次结构可以看作是一种组织结构，将存储器按照不同的访问速度、容量和成本划分为多个层次。
本文将介绍存储器的层次结构及其特点。
存储器层次结构存储器的层次结构一般可以分为以下几个层次：1. 寄存器：寄存器是位于CPU内部的存储单元，其容量有限。
寄存器的访问速度最快，但容量较小。
2. 高速缓存：高速缓存是位于CPU外部但靠近CPU的存储器，其容量较小。
高速缓存的访问速度比主存快，可以存储CPU频繁访问的数据和指令。
3. 主存：主存是存储器的主体部分，容量较大。
主存的访问速度较高，但仍比高速缓存慢。
4. 辅助存储器：辅助存储器是相对于主存而言的，容量较大且相对便宜。
辅助存储器的访问速度比主存慢。
存储器层次特点存储器的层次结构具有以下几个特点：1. 访问速度：存储器层次结构中，寄存器的访问速度最快，随着层次的递增，访问速度逐渐变慢。
这是因为较高层次的存储器需要较长的访问时间，但其容量较大。
2. 容量：存储器层次结构中，容量随着层次的递增而增加。
辅助存储器的容量最大，但速度最慢。
3. 成本：存储器层次结构中，成本随着层次的递增而减少。
寄存器的成本最高，但容量最小，辅助存储器的成本最低，但容量最大。
结论存储器的层次结构使得计算机系统能够根据访问需求和成本因素合理地组织存储器。
通过在不同层次上使用不同类型的存储器，系统可以在访问速度、容量和成本之间取得平衡。
因此，了解存储器的层次结构及其特点对于设计和优化计算机系统非常重要。
计算机中的存储器层次结构及其特点是什么
计算机中的存储器层次结构及其特点是什么计算机的存储器层次结构是指由多个不同速度和容量的存储器组成的层次化结构，其目的是在满足性能和成本的要求下，提供高效的数据存储和访问。
存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，每个层次的存储器都有其特定的特点和用途。
1. 高速缓存高速缓存是位于计算机中央处理器（CPU）内部的一种特殊存储器，用于存放最常用的数据和指令。
它具有以下特点：- 高速访问：由于其接近CPU，高速缓存能够以更快的速度提供数据，从而减少CPU的等待时间，提高系统性能。
- 小容量：高速缓存的容量相对较小，一般只能存储少量的数据和指令。
- 自动管理：高速缓存采用自动管理机制，通过缓存替换算法和预取策略来提高数据访问效率。
2. 主存储器主存储器属于计算机系统的核心组成部分，用于暂时存储正在执行的程序和数据。
主存储器具有以下特点：- 大容量：相比于高速缓存，主存储器的容量较大，可以存储更多的数据和指令。
- 较低的访问速度：相对于高速缓存，主存储器的访问速度慢一些，但仍然比辅助存储器快得多。
- 动态随机存取：主存储器采用动态随机存取存储器（DRAM）作为存储单元，具有读写功能。
3. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储和备份数据和程序，其特点如下：- 大容量：辅助存储器具有非常大的容量，可以存储大量的数据和程序。
- 相对较慢的访问速度：辅助存储器的访问速度相对较慢，但它能够长期保存数据，并且可以进行离线操作。
- 持久性存储：与高速缓存和主存储器不同，辅助存储器是非易失性存储器，即断电后数据仍然会被保留。
通过这三个层次的存储器结构，计算机系统能够根据数据的访问频率和容量需求进行智能管理和分配，从而提高系统性能和运行效率。
高速缓存作为最接近CPU的快速存储器，能够快速提供数据，减少CPU的等待时间。
主存储器作为快速存取存储器，存储正在执行的程序和数据。
而辅助存储器则用于长期保存数据和进行离线操作。
总结起来，计算机中的存储器层次结构通过高速缓存、主存储器和辅助存储器的组合，实现了性能和成本的平衡。
存储器层次结构
存储器层次结构存储器层次结构存储技术计算机技术的成功很⼤程度来源于存储技术的巨⼤进步。
早期的电脑甚⾄没有磁盘。
现在电脑上的磁盘都已经按T算了。
随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)分两类：静态的：SRAM，⾼速缓存存储器，既可以在CPU，也可以在⽚下。
动态的：DRAM，⽤于主存或者图形系统帧缓冲区。
通常情况下，SRAM的容量都不会太⼤，⽽相⽐之下DRAM容量可以⼤得离谱。
静态RAMSRAM将每个位存储在⼀个双稳态存储器单元⾥，每个单元⽤⼀个六晶体管电路实现。
这种电路有⼀个属性，它可以⽆限期地保持两个不同的状态的其中⼀个，其他状态都是不稳定的。
如上图，它能稳定在左态和右态，如果处于不稳定状态，它就像钟摆⼀样⽴刻变成两种稳态的其中⼀种。
也因为它的双稳态特性，即使有⼲扰，等到⼲扰消除，电路就能恢复成稳定值。
动态RAMDRAM的每个存储是⼀个电容和访问晶体管组成，每次存储相当于对电容充电。
该电容很⼩，⼤约只有30毫微微法拉。
因为每个存储单元⽐较简单，DRAM可以造的⾮常密集。
但它对⼲扰⾮常敏感，被⼲扰后不会恢复。
因此它必须周期性地读出重写来刷新内存的每⼀位。
或者使⽤纠错码来纠正任何单个错误。
两者总结传统的DRAMDRAM芯⽚内的每⼀个单元被叫做超单元。
在芯⽚内，总共有d 个超单元，它们被排列成⼀个r×c ⼤⼩的矩阵，也就是说d=r×c，每个超单元都可以⽤类似(i,j) 之类的地址定位⽽每个超单元则是由w 个DRAM单元组成。
因此⼀个DRAM芯⽚可以存储dw 位的信息。
上图是⼀个16×8 的DRAM芯⽚的组织。
⾸先由两个addr引脚依次传⼊⾏地址i 和列地址j 。
每个引脚携带⼀个信号。
由于这是4×4 的矩阵，因此两个就够了。
然后定位到(i,j) ，将该地址的超单元信息传出去。
计算机组成原理中的存储器层次结构
计算机组成原理中的存储器层次结构在计算机科学领域中，存储器层次结构是指计算机系统中不同级别的存储器组成的层次结构。
这种层次结构的设计旨在提供快速的访问速度和大容量的存储能力。
存储器层次结构的核心原理包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
本文将探讨计算机组成原理中的存储器层次结构。
1. 高速缓存高速缓存是存储器层次结构中最接近中央处理器（CPU）的一级存储器。
其目的是通过存储最近使用的数据，提高CPU的访问速度。
高速缓存分为多级，包括一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）等。
一级缓存是与CPU核心直接相连的，访问速度最快，但容量较小；二级缓存容量稍大，速度较慢；三级缓存则更大但速度更慢。
高速缓存通过缓存命中和缓存未命中的机制，提高了计算机系统的整体性能。
2. 主存储器主存储器是存储器层次结构中的第二级存储器，也称为内存。
它用于存储正在执行的程序和数据。
主存储器容量较大，速度较高，但相对于高速缓存而言，仍然相对较慢。
主存储器以字节为单位进行寻址，每个字节都有唯一的地址。
CPU通过访问主存储器中的地址来读取或写入数据。
3. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构中的最低一级存储器，也称为外存。
它用于长期存储数据和程序，如硬盘、固态硬盘和光盘等。
辅助存储器容量大，但访问速度较慢。
与主存储器相比，辅助存储器的数据传输速度更慢，但相对较便宜且容量更大。
存储器层次结构的设计原则是利用高速缓存和主存储器的快速访问速度，将经常访问的数据存储在这些层次的存储器中，以提高系统性能。
当CPU需要数据时，它会首先检查高速缓存，如果数据在高速缓存中，则为缓存命中；否则为缓存未命中，CPU将从主存储器中获取数据。
通过存储器层次结构，计算机系统可以有效地利用不同类型的存储器，平衡访问速度和存储容量的需求。
高速缓存提供了快速的访问速度，主存储器提供了大容量的存储能力，而辅助存储器则提供了长期存储的功能。
这样的层次结构设计有助于提高计算机系统的整体性能和效率。
微机接口ppt课件第6章微型计算机中的存储器
程写入。 2021/8/17
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电可擦除可编程只读存储器EEPROM （Electrically EPROM）：与EPROM类似， 只是使用电信号进行擦除，比EPROM更为 方便。
闪速存储器（Flash Memory）：新型的 半导体存储器，具有非易失性、电擦除 性和高可靠性。
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计算地址范围的方法是： 译码器的输入信号（A19~A13）为0011111
（高7位地址）， 低13位地址（A12~A0）可以是全0到全1之间。
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图6-4 6264的全地址译码连接
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只将系统总线的部分高位地址线作为译码器 的输入，从而得到存储器芯片地址范围的译 码连接方式称为部分地址译码连接。
每个存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线 选择相应的存储单元。
7条行地址线经过译码器产生128条行选择线， 可选择128行；
7条列地址线经过译码器产生128条列选择线， 可选择128列。
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2．动态RAM 2164的工作过程
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1．2164的引脚及内部结构
2164是一个64K×1位的动态RAM芯片 其引脚包含8条地址线A0~A7 数据输入端DIN，数据输出端DOUT 行地址选通RAS，列地址选通CAS 写允许端WE（高电平时为数据读出，低
电平时为数据写入），如图6-6所示。
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由于16K=214，故每个芯片有14位地址线，8 条数据线。
第6章存储系统习题解答091215
思考题与习题解答：1. 解释下列概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory、存取周期、存储器带宽、存储层次、直接映象、全相联映象、组相联映象、LRU、失效率、磁盘阵列、虚拟存储器2. 说明存储器的存取时间与存取周期之间的联系与区别。
解：存取时间是指存储器从接收到CPU发来的读写命令和单元地址开始，到读出或写入数据所需的时间。
存取周期是指连续两次读写存储器所需的最小时间间隔。
两者都是反映存储器存取速度的指标，显然存取周期大于存取时间。
在存储器进行读写操作时，由于存储元件本身的性能，做完一次存或取后，不能马上进行另外的存或取，需要一段稳定和恢复时间。
存取周期就是存取时间加上存储单元的恢复稳定时间。
3. 什么是存储器的带宽？如果存储器总线宽度为32位，存取周期为250ns，该存储器带宽为多少？解：存储器带宽是指每秒钟可以从存储器读出或向存储器写入的二进制位的数目，表明了一个存储器单位时间处理信息的能力。
若总线宽度为32位，存储周期为250ns，则：存储器带宽=32Bit/250ns=128Mbit/s4. 指出下列存储器哪些是易失性的？哪些是非易失性的？哪些是读出破坏性？哪些不是？DRAM，SRAM，ROM，Cache，磁盘，光盘解：易失性：DRAM、SRAM和Cache；非易失性：ROM、磁盘和光盘读出破坏性：DRAM，其余都不是读出破坏性。
5. ROM和RAM两者的差别是什么？解：RAM是随机存取存储器，ROM是只读存储器。
RAM是易失性的，一旦断电，则保存的信息全部消失，ROM为非易失性的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定的数据和程序，如计算机的自检程序、BIOS、BASIC解释程序等。
6. 简述“Cache-主存”和“主存-辅存”层次的区别。
解：“Cache-主存”“主存-辅存”目的为了弥补主存速度的不足为了弥补主存容量的不足存储管理实现全部由专用硬件实现主要由软件实现访问速度的比值几比一几百比一（第一级比第二级）大小典型的块（页）几十个字节几百到几千个字节CPU对第二级的可直接访问均通过第一级访问方式失效时CPU是否切换不切换切换到其它进程7. 单级存储器的主要矛盾是什么？通常采取什么方法来解决？解：(1) 速度越快，每位价格就越高； (2) 容量越大，每位价格就越低； (3) 容量越大，速度越慢。
微型计算机原理 第六章 存储器
3、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒
4、功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”。 与计算机的电源容量和机箱内的散热有直接的联系 保证速度的情况下，减小功耗
5、可靠性 可靠性一般是指存储器（焊接、插件板的接触、存储器模块的复杂性）抗外界电磁场、温度等因变化干扰的能力。在出厂时经过全
28系列的E2PROM
① +5V供电，维持电流60mA，最大工作电流160mA ② 读出时间250ns ③ 28引脚 DIP封装 ④ 页写入与查询的做法： 当用户启动写入后，应以（3至20）微秒/B的速度，连续向有关地 址写入16个字节的数据，其中，页内字节由A3至A0确定，页地址 由A12至A4确定，整个芯片有512个页，页加载 如果芯片在规定的20微秒的窗口时间内，用户不再进行写入，则芯 片将会自动把页缓冲器内的数据转存到指定的存储单元，这个过程 称为页存储，在页存储期间芯片将不再接收外部数据。CPU可以通 过读出最后一个字节来查询写入是否完成，若读出数据的最高位与 写入前相反，说明写入还没完成，否则，写入已经完成。
3）R/W（Read/Write）读/写控制引线端。
4）WE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入 被寻址的单元。 4、三态双向缓冲器 使组成半导体RAM的各个存储芯片很方便地与系统数据总线相
连接。
6.2.2 静态RAM
1、静态基本存储单元电路
基本单元电路多为静态存储器半导体双稳态触发器结构， NMOS\COMS\TTL\ECL等制造工艺而成。 NMOS工艺制作的静态RAM具有集成度高、功耗价格便宜等优点，
6.2.4
RAM存储容量的扩展方法
1、位扩展方式：16Kx1扩充为16Kx8
简述计算机存储器层次结构
简述计算机存储器层次结构
计算机中的存储器层次结构可以分为缓存、主存和辅存三个层次。
这个结构的设计旨在提高计算机的存储器效率，使其能够更快地访问数据，从而提高计算机系统的整体性能。
缓存层是位于CPU内部、与运算器和控制器之间的一个存储器。
其目的是存储CPU最常用的一些指令和数据，这些指令和数据经常被CPU使用，缓存层的存在可以大大加快CPU的访问速度，减少CPU等待存储器的时间。
缓存层分为一级缓存和二级缓存，一级缓存位于CPU 核心内部，距离CPU更近，速度更快，存储容量也小；而二级缓存位于CPU芯片的外部，存储容量更大，但速度略慢。
主存层是计算机中的最主要的存储器，在计算机系统中扮演着信息中转站的角色。
主存储器是存储正在运行的程序和正在被访问的数据的地方。
访问主存储器所需的时间相对于缓存层来说较慢，但相对于辅存来说速度又很快。
主存储器的存储容量一般为几百兆到几十个G，其小巧轻便的特点也是CPU选择主存储器来储存指令、数据的重要原因。
辅存层是计算机中存储容量最大的存储器，常见的辅存储器包括硬盘、光盘、U盘等。
由于硬盘等辅存设备拥有极高的存储容量和长期稳定的存储能力，因此常被用作重要信息的备份或长时间保存等操作。
但是，辅存储器访问速度较慢，一般是主存储器的几个数量级。
通过这三个存储器层次的设计，计算机在存储数据时可以方便地完成数据的快速访问以及保证数据的长期存储性。
同时，对于计算机应用程序的开发者而言，对于三个存储器的访问效率的掌握也是他们提升程序性能和优化编程的关键。
因此，在计算机开发过程中合理的使用存储层次结构，对于提高计算机系统的整体性能和应用程序的开发质量都拥有重要意义。
计算机组成原理存储器的层次结构
计算机组成原理存储器的层次结构在计算机组成原理中，存储器是非常重要的组成部分之一。
存储器可以被看作是计算机系统的大脑，它用于存储和访问各种数据和指令。
存储器的层次结构是指不同速度、容量和价格特性的存储器层次，从高速、小容量和高价格的寄存器到低速、大容量和低价格的磁盘存储器。
1. 寄存器寄存器是存储器层次结构的最高层，它位于中央处理器（CPU）内部。
寄存器是最快速的存储器，它们用于存储 CPU 在执行指令时需要的数据和指令。
寄存器有很小的容量，通常以字长（word）的大小来衡量。
2. 高速缓存高速缓存是位于CPU 和主存之间的一层存储器，它用于缓存从主存中读取的数据和指令。
高速缓存可以分为一级缓存（L1）和二级缓存（L2），L1 缓存位于 CPU 内部，速度更快，容量较小，而 L2 缓存则位于 CPU 外部，速度相对较慢，容量较大。
3. 主存储器主存储器又称为内存（RAM），是存储器层次结构的中间层。
主存储器用于存储操作系统、应用程序和数据等信息。
主存储器通常由动态随机存取存储器（DRAM）构成，具有较快的访问速度和较大的容量。
主存储器的容量通常以字节（Byte）为单位来衡量，例如1GB （Gigabyte）。
4. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构的最低层，它通常被用作长期存储数据和程序的介质。
常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、光盘和闪存存储器等。
辅助存储器的容量通常非常大，并且可以持久保存数据。
但相对于主存储器和高速缓存来说，辅助存储器的访问速度较慢。
在计算机执行程序时，数据和指令需要从辅助存储器逐级调入到寄存器中进行处理。
这种层次结构的设计是为了实现数据和指令的快速访问和有效管理。
不同层次存储器之间的数据传输是以块（block）为单位进行的，块是存储器读写的最小单位。
除了上述层次结构，还可以根据存储介质的特性进行分类。
例如，半导体存储器（如RAM）是在电子器件中构造的，而磁盘存储器（如硬盘）是利用磁道、扇区和柱面等物理结构进行存储。
第六章 存储器系统 微机原理 第2版 课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
存储器的层次结构及组成原理
存储器的层次结构及组成原理一、概述存储器是计算机系统中重要的组成部分，它用于存储和访问数据和指令。
存储器的层次结构是根据存储器的速度、容量和成本等因素将其分为多个层次，以实现高效的数据访问和管理。
二、存储器层次结构存储器的层次结构通常分为以下几个层次： ### 1. 寄存器(Register) 寄存器是存储在CPU内部的最快速的存储器。
它用于存放指令、数据和地址等临时信息，可以直接被CPU访问。
寄存器的容量较小，一般只有几百个字节。
2. 高速缓存(Cache)高速缓存位于CPU和主存之间，其目的是加快存储器的访问速度。
缓存通过存储近期被频繁访问的数据和指令，以提高CPU对存储器的命中率。
3. 主存储器(Main Memory)主存储器是计算机系统中最主要的存储器，也是存储器的最大层次。
主存储器被划分为许多地址连续的存储单元，每个存储单元可以存储一个字节或多个字节的数据。
主存储器由半导体或磁介质制成。
4. 辅助存储器(Auxiliary Memory)辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序。
它的容量大于主存储器，但访问速度较慢。
常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存等。
三、存储器的组成原理存储器的组成原理多样，下面介绍几种常见的存储器类型： ### 1. 静态随机存储器(SRAM) 静态随机存储器是一种使用触发器来存储数据的存储器。
它的访问速度快，但成本较高。
SRAM的存储单元通过6个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。
2. 动态随机存储器(DRAM)动态随机存储器是一种使用电容器来存储数据的存储器。
它的访问速度较慢，但成本较低。
DRAM的存储单元通过一个电容器和一个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。
3. 只读存储器(ROM)只读存储器中的数据是永久性的，不可更改。
它通常用于存储固定的程序和数据。
常见的ROM类型包括可编程只读存储器(PROM)、可擦写只读存储器(E-PROM)和电可擦写只读存储器(EEPROM)等。
计算机存储器的层次结构ppt课件
3. 程序的动态链接和调试比较容易。由于每个程序段都是一组有独立意 义的数据块或具有完整功能的程序段，因此，在程序运行过程中，可 以根据需要一次就把一个程序段或数据块都装入到主存储器中，并且 在装入时才实行动态链接。
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页式虚拟存储器的优点是：
1. 主存储器的利用率比较高。每个用户程序只有不到一页（平均为半页） 的浪费，与段式虚拟存储器每两个程序段之间都有浪费相比要节省许多。
2. 页表相对比较简单。它需要保存的字段数比较少，一些关键字段的长度 要短许多，因此，节省了页表的存储器容量。
3. 地址映象和变换的速度比较快。在把用户程序装入到主存储器的过程中 ，只要建立用户程序的虚页号与主存储器的实页号之间的对应关系即可 不必使用整个主存的地址长度，也不必考虑页号的长度等。
每段使用独立的逻辑地址空间，即都从0开始计算地址。 段式管理方法的主要缺点是各段长短不一，调进调出之后容易形成 大量不规则的零碎空间。 段式管理方法的虚实变换算法是查段表(P150)。
4
0
主程序（0段）
1K
0
1段
500
0
2段
200
0
3段
200
程序空间
段号 0 1 2 3
段长 1K 500 200 200
起始地址 8K 16K 9K 30K
段表
段式虚拟存储器的地址映象
0 8K 9K 16K
30K 主存储器
5
段式虚拟存储器的优点如下：
1. 程序的模块性能好。对于大程序，可以划分成多个程 序段，每个程序 段赋予不同的名字，由多个程序员并行编写，分别编译和调试。由于 各个程序段在功能上是相互独立的，因此，一个程序段的修改和增删 等不会影响其他程序段，从而可以缩短程序的编制和调试时间。
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n局部性原理★n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆n到目前为止的计算机模型中，我们假设计算机的存储器系统是一个线性的字节数组，而CPU能够在一个常数时间内访问每个存储器位置。
但它没有反映现代系统实际的工作方式。
n实际上，存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。
n如果你的程序需要的数据是存储在CPU寄存器中，那在指令的执行期间，在零个周期内就能访问到它们；如果存储在高速缓存中，需要1~30个周期；如存储在主存中，需要50~200个周期；如存储在磁盘上，需要大约几千万个周期n作为一个程序员，需要理解存储器层次结构，它对应用程序的性能有着巨大的影响，这是因为计算机程序的一个称为局部性的基本属性引起的。
•不同矩阵乘法核心程序执行相同数量的算术操作，但有不同程度局部性，它们运行时间可以相差20倍•本章将介绍基本的存储技术、局部性、高速缓冲存储器等内容。
n局部性原理★n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆•RAM(随机访问存储器，Random-Access Memory )–静态RAM (SRAM)•每个cell使用6个晶体管电路存储一个位•只要有电，就会无限期地保存它的值•相对来说，对电子噪声等干扰不敏感•比DRAM更快、更贵–动态RAM (DRAM)•每个cell使用1个电容和1个访问晶体管电路存储一个位•每隔10-100 ms必须刷新值•对干扰敏感•比SRAM慢，便宜ü拍、太、吉、兆、千、毫、微、纳(毫微)、皮(微微)、飞(毫微微)•传统DRAM芯片–所有cell被组织为d个supercell，每个supercell包含了w个cell，一个d×w的DRAM总共存储了dw位信息。
supercell被组织成r行c 列的矩阵，即rc=d。
•步骤1(a): Row access strobe (RAS)选择row 2•步骤1(b): 从DRAM阵列中拷贝Row 2到行缓冲区•步骤2(a): Column access strobe (CAS)选择column 1。
•步骤2(b): 将Supercell(2,1)从行缓冲区拷贝到数据线，并最终传送回CPU•作业：上网了解下内存接口类型和内存颗粒封装标准•作业：上网了解下Rank、P-Bank、L-Bank、tRCD、CL、tRP的含义，然后通过一些内存查看软件查看下自己计算机的内存信息，并尝试通过获得的信息，推算下内存容量•增强DRAM（所有增强型DRAM都是以常规的DRAM为核心而建立的）–Fast page mode DRAM (FPM DRAM)–Extended data out DRAM (EDO DRAM)–Synchronous DRAM (SDRAM)•使用时钟的上升沿作为控制信号，而不是采用异步控制信号。
–Double data-rate synchronous DRAM (DDR SDRAM)•使用时钟的两个边沿作为控制信号，每次预取2bit–Double data-rate 2 synchronous DRAM (DDR2 SDRAM)•使用时钟的两个边沿作为控制信号，每次预取4bit–Double data-rate 3 synchronous DRAM (DDR3 SDRAM)•使用时钟的两个边沿作为控制信号，每次预取8bit–Double data-rate 4 synchronous DRAM (DDR4 SDRAM)•使用时钟的两个边沿作为控制信号，每次预取8bit，采用Bank Group架构–Rambus DRAM(RDRAM)–Video RAM (VRAM)•类似于FPM DRAM,但输出是通过将行缓冲进行移位得到的•双端口(允许并行地读和写)•核心频率、时钟频率和数据频率–2007年6月，JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council，电子元器件工业联合会)正式完成了DDR3内存技术标准的制定。
同时，随着Intel 3/4系列的芯片组的发布，内存技术开始从DDR2逐步转入DDR3体系。
–一般的DRAM内存颗粒有3种不同的频率指标：•核心频率：即内存Cell阵列(Memory Cell Array)的工作频率。
•时钟频率：指内存总线的工作频率，数据传输的I/O Buffer也是受其控制。
•数据频率：指数据传送的频率，单位时间内数据预取的次数，表示数据传输快慢。
•标准SDRAM分为PC 66、PC 100和PC 133几种，其芯片核心频率分别为66MHz、100MHz和133MHz，与系统总线时钟频率、数据频率都相等。
•DDR采用“2 bit Prefetch”的机制，这意味着每个时钟周期内存Cell 阵列都会发送2bit数据到I/O Buffer内暂存，以满足下个时钟周期的两次数据传送。
所以DDR266的核心频率为133MHz，但数据频率提高到266MHz。
•DDR2引入了4bit预取和频率不对等的设计，控制I/O Buffer的时钟频率提升到核心频率的2倍，而数据传输频率仍为时钟频率的2倍，也就是说DDR2的数据传输频率达到核心频率的4倍•DDR3则将预取位数提高到8bit，并将时钟频率提升为核心频率的4倍。
假设其核心频率为100MHz，那么时钟频率就达到400MHz，数据传输频率则高达800MHz，这也就是DDR3 800的设计标准。
•数据传输速度–在数据频率不断提升的过程中，内存的核心频率始终保持相对稳定，这主要受到DRAM结构的先天限制:作为一种并行传输的内存技术，DRAM核心无法达到很高的工作频率。
–但不管是哪种内存，都以64bit的数据块(即一个物理Bank位宽)传送数据，因此内存的数据传输速度为：数据频率*位宽/8Byte/s。
–因此，PC100MHz的SDRAM的数据传输速度为800 MByte/s。
–DDR400内存又称为PC3200内存，前者是以数据频率来命名内存的，后者则是以数据传输速度来命名内存的。
–DDR2 800内存又称为PC6400。
•主频、外频和FSB–主频: CPU的时钟频率。
外频:系统总线的工作频率。
•主频=外频*倍频–FSB（Front Side Bus）: 连接CPU与北桥芯片的系统总线。
–CPU通过FSB连接到北桥芯片，进而通过北桥芯片和内存、显卡交换数据。
FSB是CPU和外界交换数据的最主要通道。
–在P4以前，CPU的FSB数据频率等于其外频。
P4 CPU采用了Quad Pumped(4倍并发)技术，该技术可以使系统总线在一个时钟周期内传送4次数据，也就是传输效率是原来的4倍，相当于用了4条原来的前端总线来和内存发生联系。
即数据频率是时钟频率的4倍。
•FSB和双通道内存技术–对于P4 CPU来说，在外频仍然是133MHZ的时候，前端总线的数据频率变成了133X4=533MHz，当外频升到200MHz，前端总线变成800MHz，这就是所谓的533前端总线的P4和800前端总线的P4。
他们的实际外频只有133和200，但由于人们保留了以前老的概念——前端总线就是外频，所以习惯了这样的叫法：533外频的P4和800外频的P4。
–在133的外频下，P4 CPU的数据频率为533MHz，而DDR的数据频率只有266MHz，出现了CPU和内存的数据频率不匹配的现象。
–为了解决这个问题，出现了所谓的双通道内存技术，两条内存使用两条通道一起工作，一起提供数据，等于速度又增加一倍，两条DDR266就有266X2=533的速度，刚好是P4 CPU的前端总线速度，没有拖后腿的问题。
•QPI（QuickPath Interconnect，快速通道互联）−对于1333MHz的FSB所提供的内存带宽是1333MHz×64bit/8=10667MB/s=10.67GB/s ，其与双通道的DDR2 667正好匹配，但如果使用双通道的DDR2 800、DDR2 1066的内存，这时候FSB的带宽就小于内存的带宽，更不用说对i7支持的三通道高频率DDR3内存搭配了。
−对于多处理器系统，如多个处理器共享一个FSB连接到北桥，再通过北桥里边的内存控制器来访问内存，则存在FSB抢占。
如每个处理器通过单独的FSB连接到北桥，这样不同的处理器之间就不会出现一个处理器占用总线而另一个在等待的情况了，但是不同的处理器还是共用相同的内存控制器，这样不同的处理器之间还是要争夺内存的带宽。
此外，在多处理器系统中，不同处理器之间需要进行缓存同步，在FSB这样的架构下，缓存同步要通过读写内存来实现，造成处理器缓存之间访问的延迟很大。
随着处理器核心性能的提高，以及核心数量的急剧增长，FSB正在日益成为瓶颈，必须加以解决。
−此外，为与AMD的HT总线抗衡，Intel认识到，要想再通过单纯提高处理器外频和FSB，难以象以前那样带来更好的性能提升，所以2008年Intel推出了QPI总线。
−对于现在最新的CPU，整个北桥芯片都集成到CPU中，所以QPI总线也被集成到了CPU内部，主板只留下南桥芯片，CPU就依靠DMI(直接媒体接口)总线与南桥芯片通信(准确的说，是CPU内部的北桥芯片通过DMI总线与外部的南桥芯片通信)。
•DDR4–采用8bit预取的Bank Group分组，每个Bank Group可以独立读写。
–从DDR3的多点分支总线到DDR4的点对点总线技术，如右图所示。
–3DS（3-Dimensional Stack，三维堆叠）技术是DDR4内存中最关键的技术之一，它用来增大单颗芯片的容量。
–虽然DDR4内存标准规范早在2012年9月发布了，DRAM厂商也完成了对DDR4内存芯片的研发，但据报道，DDR4内存最快也要在2014年底的Haswell-E中才能见到。
•非易失性存储器–非易失性存储器是掉电之后，仍然能够保存其信息的存储器。
–ROM(掩膜式只读存储器)•在芯片制造过程中写入，使用时只读出，不能改变。
–PROM(可编程ROM)•制造时，存储器全部设为0或1，用户有一次机会根据自己的需要把某些位设为1或0。
–EPROM(可擦写可编程ROM)、EEPROM(电子可擦除PROM)•前者需要特殊的设备进行多次擦写和编程，后则不需要–Flash Memory•类似于EEPROM，如Bios、MP3、USB闪存盘、SSD。
–固件：存储在ROM中的程序称为固件(firmware)。
•连接CPU和存储器的典型总线–总线是一组平行的导线，能携带地址、数据和控制信号。
–总线被多个设备分时共享。
•存储器读事务–CPU的总线接口发起读事务。
读事务分为3个步骤:–CPU将地址A传送到系统总线上，I/O桥接器将信号传递到存储器总线上。