存储器系统综述
存储器系统(6116)
第4章存储器系统引入：电子计算机是20世纪人类最伟大的发明之一。
随着计算机的广泛应用，人类社会生活的各个方面都发生了巨大的变化。
特别是微型计算机技术和网络技术的高速发展，计算机逐渐走进了人们的家庭，正改变着人们的生活方式。
计算机逐渐成为人们生活和工作不可缺少的工具，掌握计算机的使用也成为人们必不可少的技能。
本章知识要点：1）存储器的分类和三层体系结构2）RAM、ROM芯片的结构、工作原理3）存储器的扩展方法4）高速缓冲存储器技术5）虚拟存储器技术6）存储保护4.1 存储器概述4.1.1 存储器的分类在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。
存储器是一种记忆部件，是用来存储程序和数据的，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。
存储器的种类很多，常用的分类方法有以下几种。
一、按其用途分（1）内存储器内存储器又叫内存，是主存储器。
用来存储当前正在使用的或经常使用的程序和数据。
CPU可以对他直接访问，存取速度较快。
（2）外存储器外存储器又叫外存，是辅助存储器。
外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。
外存的特点是容量大，所存的信息既可以修改也可以保存。
存取速度较慢，要用专用的设备来管理。
计算机工作时，一般由内存ROM中的引导程序启动程序，再从外存中读取系统程序和应用程序，送到内存的RAM中，程序运行的中间结果放在RAM中,（内存不够是也可以放在外存中）程序的最终结果存入外部存储器。
二、按存储介质分（1）半导体存储器早期的半导体存储器，普遍采用典型的晶体管触发器和一些选择电路构成的存储单元。
现代半导体存储器多为用大规模集成电路工艺制成的一定容量的芯片，再由若干芯片组成大容量的存储器。
半导体存储器又分为双极型半导体存储器和MOS 型半导体存储器。
（2）磁表面存储器再金属或非金属基体的表面上，涂敷一层磁性材料作为记录介质，这层介质称为磁层。
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。
存储系统概述word资料14页
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。
《存储器系统》课件
分类：根据存储介质的不同，主存储器可以分为半导体存储器和磁芯存储器等
容量：主存储器的容量通常很大，可以容纳大量的数据和指令
外存
定义：外存是 指除CPU和内 存之外的存储 设备，如硬盘、 U盘、光盘等。
特点：存储容 量大，价格便 宜，但访问速
存储数据：存储器系统可以存储各种数据，包括输入输出数据、中间计算 结果等
单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
缓存作用：存储器系统可以作为缓存，提高计算机系统的运行效率 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
扩展内存：通过扩展存储器系统，可以扩大计算机系统的内存容量，提高 计算机的性能
分类：动态功耗、静态功耗
影响因素：存储器芯片的尺寸、工作电压、工作频率、温度等
优化方法：采用低功耗设计技术、降低工作电压、降低工作频率、采用热管理技术等
06 存储器系统的应用领域
计算机系统
计算机系统中的存储器系统 存储器系统在计算机系统中的重要性 计算机系统中存储器的分类 计算机系统中存储器系统的应用领域
《存储器系统》PPT 课件
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目录 /目录
01
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04
存储器系统的 层次结构
02
存储器系统概 述
05
存储器系统的 性能指标
03
存储器系统的 组成
06
存储器系统的 应用领域
01 添加章节标题
02 存储器系统概述
存储器系统的定义和作用
定义：存储器系统是指由多个存储器芯片或模块组成的集合体
存储器系统在大数据和云 计算中的发展趋势
存储器的文献综述
存储器芯片的使用现状及未来发展趋势文献综述班级:XXX姓名:XXX学号：XXX一、选题背景存储器广泛应用于计算机、消费电子、网络存储、物联网、国家安全等重要领域，是一种重要的、基础性的产品。
当前，伴随着第五代移动通信、物联网和大数据的快速发展，存储器的需求量迅速增加，存储容量、存取速度、功耗、可靠性和使用寿命等指标要求也越来越高。
世界各大企业在这方面出现“百家争鸣、百花齐放"的大好局面，涌现出多种新型存储器，并且工艺水平和性能都在不断提高，给消费者提供了更多的选择空间。
二、相关问题现状研究综述我们一般会将存储器划分为,易失性存储器和非易失性存储器，这种划分是根据断电后数据是否丢失而决定的。
现有技术中,整个存储器芯片行业主要有三种种产品：DRAM、NAND FLASH和NOR FLASH。
DRAM是易失性存储器的代表，NAND Flash和NOR FLASH是非易失性存储器的代表.尽管按照不同的分类特点,可形成存众多种类的储存芯片,但从该行业产业结构分析，上述三种存储器毫无疑问是全球重点厂商最为关注的产品领域。
NAND FLASH和DRAM都是硅基互补金属氧化物半导体器件,在摩尔定律和海量数据存储需求的推动下，不断向大容量、高密度、快速、低功耗、长寿命方向发展.但随着特征尺寸不断减小至接近原子级，传统平面型结构遇到无法跨越的性能障碍，存储器的性能和可靠性达到极限，而且新工艺节点开发成本迅速增加，进一步降低预期收益。
因此，存储器向两大方向转型发展：一是继续沿用硅基材料，用垂直堆叠替代特征尺寸微缩，从平面转向立体结构；二是使用新材料和新结构研制新兴传感器技术。
前者的挑战是开发出可实现8层到32层甚至64层连续堆叠的材料和生产工艺，并保证每一层存储器性电性能的一致可控.后者的挑战是论证开发配套生产工艺,并保证新材料不会对既有生产线造成污染、产品性能优于现有存储器和可长期可靠使用等。
新材料、结构和物理效应方面研究的不断突破，使得其他新兴存储器技术也因此得到发展。
计算机组成原理第4章存储器系统
计算机组成原理第4章存储器系统存储器系统是计算机的核心组成部分之一，它用于存储和检索数据和指令。
在计算机组成原理中，存储器系统的设计和性能对整个计算机系统的性能有着重要的影响。
本章将介绍存储器系统的组成、层次结构以及存储器的性能评价等内容。
一、存储器系统的组成存储器系统由多个存储器模块组成，其中包括主存储器、辅助存储器以及缓存存储器等。
主存储器是CPU直接访问的存储器，用于存储程序和数据。
辅助存储器是主要用于长期存储数据和程序的存储器，例如磁盘、光盘等。
缓存存储器是位于CPU和主存储器之间的高速存储器，用于缓存主存储器中的数据和指令，以提高计算机系统的性能。
二、存储器系统的层次结构存储器系统的层次结构是指根据存储器的速度和容量，将存储器划分为多个层次，从而提供更高效的数据访问方式。
通常，存储器层次结构由多个层次组成，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
高速缓存是存储器层次结构中最靠近CPU的一级存储器，其速度比主存储器快几倍或几十倍，容量较小。
它通过存储最近访问的数据和指令来提高访问速度，减少CPU等待数据的时间。
主存储器是存储器层次结构中的第二级存储器，其速度比辅助存储器快几百倍或几千倍，容量适中。
主存储器通过存储程序和数据来提供直接访问的能力。
辅助存储器是存储器层次结构中的最低级存储器，其速度比主存储器慢几个数量级，容量很大。
辅助存储器主要用于长期存储数据和程序，例如磁盘、光盘等。
三、存储器的性能评价存储器的性能主要包括存取时间和存储容量两个方面。
存取时间是指从CPU发出读/写指令到数据从存储器中被读取或写入CPU的时间间隔。
存取时间越短，存储器的性能越好。
存储容量是指存储器能够存储的数据和程序的大小。
存储容量越大，存储器的性能越好。
除了存取时间和存储容量，存储器的成本也是考虑的重要因素。
成本包括硬件成本和能源消耗成本，通常在存储器设计中需要在性能和成本之间进行权衡。
四、存储器系统的设计原则存储器系统的设计需要考虑以下几个原则。
第六章 存储器系统-PPT精品文档
地址线：
根据题意，列出所有芯片的地址分配表；
CPU的低位地址线接芯片的片内地址线；
分析表中的高位地址，若是
译码法
一块芯片：遇 0 则用或（非）门；遇 1 则用 与（非）门
多块芯片：采用译码器
静态RAM6116（2K×8）
A0 M/IO
+5V
….
…. OO
。
A19
M/IO BHE
1KBRAM
CE ③
A0~A9
A0~A9
A1 A1 A1 A1 A1 A1 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A××515地重××A4 址叠14××R不地3AA1连址M311002为① ② ③续为011001的；203地0=00110~址81为10个1：。11010时由84C10，0于0均HA10~1可510~10选B7FAF中F101H3某未10单用10元，。则10
RD
OE 6116
6116
WR
WE 1#
2#
D0~D7
MREQ为M/IO选择线
6116
6116
6116
3#
4#
5#
D0~D7
问题SR问1A：M题若61261：61：若16采0改0用0为08F30~片8087且FC地FPHU址；且范08A围0109是H~~0A081F0F60F要~H；0FFFH、
3010000~03~71F7求FFFH为H；全、1038，8000该0F~~如13何FFFF修FFH改H；，设20该计00如？~何27修FF改H 设计？
三、只读存储器ROM 教学重点
EPROM2732
ROM特点
掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改 PROM：允许一次编程，此后不可更改 EPROM：用紫外光擦除，擦除后可编程；
存储器系统
作业
P230 2，7，12
微型机的存储系统
Cache存储系统 解决速度问题 虚拟存储系统 解决容量问题
高速缓冲存储器
主存储器
主存储器 磁盘存储器
存储器的层次结构
微机拥有不同类型的存储部件 由上至下容量越来越大，但速度越来越慢 CPU内核 快 寄存器堆 高速缓存 主存储器 联机外存储器 脱机外存储器 小 容 量
随机存取存储器（RAM）
静态存储器（SRAM）
RAM
Static RAM
动态存储器（DRAM）
Dynamic RAM
静态RAM是靠双稳态触发器来记忆信息的 ；动态RAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信 息的。 由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与 补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。但动 态RAM比静态RAM集成度高、功耗低，从而成本 也低，适于作大容量存储器。 所以，主内存通常采用动态RAM，而高速 缓冲存储器（Cache）则使用静态RAM。
静态功耗是指器件中没有信号跳变情况下 消耗的功率。 动态功耗是器件中有信号跳变情况下消耗 的功率。
5.2
随机存取存储器
SRAM与DRAM的主要特点 几种常用存储器芯片及其与系统的连接 存储器扩展技术
一、静态存储器SRAM
特点： 用双稳态触发器存储信息。 速度快（<5ns），不需刷新，外围电路比较简单， 但集成度低（存储容量小，约1Mbit/片），功耗大。 在PC机中，SRAM被广泛地用作高速缓冲存储器 Cache。 对容量为M*N的SRAM芯片，则其地址线数为㏒2M； 数据线数为N。 反之，若SRAM芯片的地址线数为K，则可以推断其 单元数为2K个。
存储器系统 ppt课件
第三章 存储器系统
2020/12/27
1
第三章 存储器系统
3.1 存储器系统概述
2020/12/27
2
存储器处于现代计算机的中心地位
CPU
存储器
存储器
AB：地址总线
I/O接口
I/O设备
DB：数据总线 CB：控制总线
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33
计算机系统存储器的要求
节”的信息。
➢ 1字节（BYTE）即为8位二进制数； ➢ 2字节即为1个“字”（WORD）； ➢ 4字节即为1个“双字”（DWORD）。
存储容量以K为单位，1K容量为1024个单元 ➢ 1M = 1024K = 1024×1024单元 ➢ 1G = 1024M ➢ 1T = 1024G
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55
存储器的相关概念
单元地址
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 00...00 00...01
存储元 存储单元
存储体
xx...xx
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66
一、计算机系统存储器的主要性能指标
1、存储容量（Memory Capacity） 存储器由若干“存储单元”组成，每一单元存放一个“字
存储器。
3、 按存储器在计算机系统中的作用分 根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为： 主存、辅存、高速缓冲存储器、 控制存储器等。
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99
磁介质存储器
磁介质存储器：利用磁性材料的磁滞留特性（磁滞回线）， 实现对0，1信号的存储。
2.1 存储器系统概述
拷贝到 内部缓存4KB中；
③内部缓存4KB地址映射为Bank0起始地址； ④微处理器执行缓存4KB中的引导代码； ⑤引导代码将NAND Flash的其余程序代码拷贝到SDRAM中， 在SDRAM中运行主程序。 为什么使用自动引导模式？
NOR Flash存储器价格贵、速度快； NAND Flash价格便宜、速度快； SDRAM价格便宜、速度快； 由NAND Flash引导代码到SDRAM，然后在SDRAM运行主程序。
（2）从Nand Flash启动
※
Nand Flash存储器操作模式: 自动引导模式 和 NAND Flash模式 S3C2410处理器支持从Nand Flash自动引导模式。
S3C2410A 存储器映射
NAND flash 控制器自动启动模式时的工作过程： ①复位完成；
②将NAND Flash的前4KB的引导代码
讨论：比较3种存储器的关系和作用？ 高速缓存（Cache）SRAM 内存SDRAM 程序存储器Flash ROM
0xFFFFFFFF
0x0FFFFFFF 外部存储器 Flash ROM
0x00000000 0x00000000
SDRAM
虚拟地址空间 一个32位的CPU，它的地址范围是0—0xFFFFFFFF (4G)
物理地址空间 一个SDRAM内存容量0x000000000—0x0FFFFFFF（256MB） MMU的主要工作： （1）虚拟地址空间到物理地址空间的映射。 （2）存储器访问权限的控制。
第2章
存储器系统
2.1 存储器系统概述 1、存储器系统的6个层次结构
各类存储器的特点
存储器 种类 SRAM 易失性 可写 是 是 擦除 大小 字节 擦写次数 无限制 相对 价格 昂贵 相对 速度 快
内存储器系统概况介绍
内存储器系统概况介绍
内存储器系统概况介绍
无论是身处学校还是步入社会，大家或多或少都会接触过论文吧，论文是讨论某种问题或研究某种问题的文章。
相信很多朋友都对写论文感到非常苦恼吧，以下是小编整理的内存储器系统概况介绍论文摘要，仅供参考，大家一起来看看吧。
计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备和算法所组成的系统即为存储系统。
而内存是存储器系统当中最为重要的存储器部件之一。
本文主要介绍了内存的概念、分类、性能指标、发展史以及当前内存的基本概况。
因为内存的`发展推动着整个计算机的发展，而内存性能的高低也直接影响到计算机性能的发挥，从早期的X86系列后来的奔腾系列，再到现在双核多核时代，CPU高性能的支撑都少不了内存的支持，而内存也在不断的更新换代，为的是能发挥出计算机的最高性能。
作者：
姜言波
作者单位：
青岛大学,山东,青岛,266071;山东外贸职业学院,山东,青岛,266100 刊名：
人力资源管理(学术版)
英文刊名：
HUMAN RESOURCE MANAGEMENT 年，
卷(期)：
2010 ""(4)
分类号：
N94
关键词：
存储器系统内存发展。
存储器系统(课件PPT)
16.02.2021
10 10
半 导 体 存 储 器
16.02.2021
半导体存储器的分类
随机存储器（RAM）
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM）
只读存储器（ROM）
掩膜ROM （Mask ROM）
可编程ROM （PROM）
可擦除ROM （EPROM）
电可擦除ROM （EEPROM）
11 11
1、RAM（随机访问存储器）：
静态RAM：集成度低，信息稳定，读写速度 快；
动态RAM：集成度高，容量大，缺点是信息 存储不稳定，只能保持几个毫秒，为此要不断进 行“信息再生”，即进行 “定时刷新”操作；
内存条：由于动态RAM集成度高，价格较便 宜，在微机系统中使用的动态RAM组装在一个 条状的印刷板上。系统配有动态RAM刷新控制 电路，不断对所存信息进行“再生”。
存储器。
3、 按存储器在计算机系统中的作用分 根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为： 主存、辅存、高速缓冲存储器、 控制存储器等。
16.02.2021
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磁介质存储器
磁介质存储器：利用磁性材料的磁滞留特性（磁滞回线）， 实现对0，1信号的存储。
1、 磁芯存储器 早期的计算机系统使用磁环（磁芯）作为系统的主存储
容量大，速度快，价格低。（矛盾的要求） 存储系统的速度接近存取速度最快的存储器，存储容量与
容量最大的存储器相等或接近，单位容量的价格接近最便 宜的存储器。 设计分层次的存储器系统体系，对用户透明，综合考虑容 量、速度、价格，建立合理的存储组合，满足系统对存储 器在性能和价格方面的要求。
16.02.2021
汇编语言程序设计
第三章 存储器系统
存储器发展总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言存储器作为计算机系统中不可或缺的组成部分，其发展历程可谓跌宕起伏。
从最早的磁芯存储器到现在的固态硬盘，存储器技术经历了多次革新。
本文将对存储器的发展历程进行总结，并对未来存储器的发展趋势进行展望。
二、存储器发展历程1. 磁芯存储器时代20世纪50年代，磁芯存储器诞生。
磁芯存储器具有体积小、速度快、容量大等优点，成为当时计算机系统的主要存储器。
然而，磁芯存储器存在易受磁场干扰、读写速度慢等缺点。
2. 液晶存储器时代20世纪60年代，液晶存储器问世。
液晶存储器具有低功耗、高可靠性等优点，但读写速度慢、存储容量小等问题限制了其发展。
3. 芯片存储器时代20世纪70年代，芯片存储器逐渐取代磁芯存储器和液晶存储器。
芯片存储器具有读写速度快、存储容量大、可靠性高等优点，成为计算机系统的主流存储器。
4. 固态硬盘时代21世纪初，固态硬盘（SSD）问世。
固态硬盘采用闪存芯片作为存储介质，具有无机械运动、速度快、功耗低、抗震性强等优点。
随着技术的不断发展，固态硬盘逐渐成为主流存储器。
三、存储器发展特点1. 存储介质不断革新从磁芯存储器到固态硬盘，存储介质经历了从磁介质到半导体介质的转变。
半导体介质具有更高的存储密度、更快的读写速度和更低的功耗。
2. 存储容量持续增长随着技术的进步，存储器的容量不断增长。
从早期的几十KB到现在的几TB，存储器容量满足了人们日益增长的存储需求。
3. 读写速度不断提高存储器的读写速度是衡量其性能的重要指标。
从磁芯存储器的几十KB/s到固态硬盘的几GB/s，存储器的读写速度得到了显著提升。
4. 功耗逐渐降低随着存储器技术的发展，其功耗逐渐降低。
这对于提高计算机系统的能效比具有重要意义。
四、未来存储器发展趋势1. 存储介质多样化未来，存储介质将更加多样化。
除了现有的磁介质、半导体介质外，新型存储介质如相变存储器、磁阻存储器等将逐渐崭露头角。
2. 存储容量继续增长随着存储需求的不断增长，存储器的容量将继续增长。
存储器系统(论文)
摘要在现代计算机中，存储器是其核心组成部分，对微型计算机也不例外。
因为有了它，计算机才具有“记忆”功能，才能把程序及数据的代码保存起来，才能使计算机系统脱离人的干预而自动完成信息处理的功能。
计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。
存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要。
这篇文章简述了存储器的由汞延迟线、磁带、磁鼓、磁芯、磁盘、光盘到纳米存储的7个发展阶段,并介绍了其间存储器的各个方面性能的进步，以及在云计算和物联网技术中存储器的应用和存储器的发展前景。
关键词：存储器，容量，速度AbstractIn modern computers, memory is the core component of the micro-computer. Because of it, the computer have the function of "memory" and can save the program and data code. Computer systems out of the human intervention and automatically complete the information processing functions.The computer's main memory can not satisfy fast access, big storage capacity and low cost.the computer must have the speed from slow to fast and from big to small capacity multi-level hierarchical memory and the best control and scheduling algorithm and a reasonable cost, constitutes acceptable performance storage systems.The function of storage systems will become more important in the computer.This essay briefly described the seven stages of the memory's development from the mercury delay line, tape, drum, core, disk, CD-ROM to the nano-storage.And described all aspects of the memory's progress during the period.The prospects for the development of the memory in the cloud computing and networking technology.Key Words:Memory,capacity, speed目录摘要 (I)第一章存储器分类 (1)第二章存储器的发展历史 (3)1) 汞延迟线 (3)2) 磁带 (3)3) 磁鼓 (4)4) 磁芯 (4)5) 磁盘 (5)6) 光盘 (7)7) 纳米存储 (8)第三章存储器系统结构 (9)1) 基本存储单元 (9)2) 存储体 (9)3) 地址译码器 (9)4) 片选与读/写控制电路 (9)5) I/O电路 (10)6) 其它外围电路 (10)第四章重点介绍 (11)1) ROM和RAM的特点 (11)2) 静态和动态RAM (11)3) 存储器芯片 (11)4) 存储器组构 (11)第五章存储器的现状与未来 (13)新技术介绍：IBM发表论文介绍新型存储系统“赛道存储器” (13)结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (17)第一章存储器分类随着计算机系统结构的发展和器件的发展，存储器的种类日益繁多，分类的方法也有很多种，可按存储器的存储介质划分，按存取方式划分，按存储器在计算机中的作用划分等。
计算机组成原理11-存储系统
存储器的分类与特点
只读存储器（ROM）
只允许读取数据，不允许写入数据，通常用 于存储固定程序或数据。
顺序存取存储器
数据只能按照某种顺序进行访问，如磁带等。
直接存取存储器
允许直接访问任意位置的数据，如磁盘等。
02
主存储器
主存储器的基本组成
存储体
主存储器的主体部分，由大量 的存储单元组成，用于存储程
类型
磁带、磁盘、光盘、U盘、移动硬盘 等。
特点
容量大、价格低、速度慢、可长期保 存信息。
磁盘存储器
01
02
03
磁盘结构
盘片、磁头、驱动电机、 控制逻辑等。
读写原理
通过磁头在盘片表面的读 写操作，实现数据的存储 和读取。
性能指标
存储容量、数据传输率、 寻道时间等。
光盘存储器
光盘类型
只读型光盘（CD-ROM）、 一次写入型光盘（CD-R）、 可擦写型光盘（CD-RW） 等。
Cache存储器的地址映像与替换算法
地址映像
地址映像是将主存地址空间映射到Cache地址空间的过程。常见的地址映像方式有直接映像、全相联 映像和组相联映像。直接映像方式下，主存块只能映射到Cache中的固定位置；全相联映像方式下， 主存块可以映射到Cache中的任意位置；组相联映像方式则是前两者的折衷方案。
从CPU发出访问请求到主存储器完成数据 读出或写入所需的时间，也称为读写周期 或访问周期。
数据宽度
可靠性
主存储器与CPU之间一次可以传输的数据位 数，通常以位（bit）或字节（Byte）为单位。
主存储器的抗干扰能力和数据保持能力，通 常用平均无故障工作时间（MTBF）来衡量。
主存储器的编址方式和数据表示
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一、存储系统的分类
1.按存储介质分类
磁芯存储器 磁芯是使用硬磁材料做成的环状元件，在磁心中穿有驱动线 （通电流）和读出线，这样便可以进行读写操作。 体积庞大、工艺复杂且功耗大，已弃用。
半导体存储器 存储元件由半导体器件组成，存储器用超大规模集成电路工 业制成芯片 优点：体积小，功耗低，存取时间短 缺点：存储容量相对较小，单位存储成本较高。 双极型（TTL）半导体存储器和MOS半导体存储器。后者集成 度高且制造简单、成本低廉、功耗小，目前广泛应用。
“ Cache－主存”与“主存－辅存”层次的区
别
存储层次
比较项目
“Cache －主存”层次
“主存－辅存”层次
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
主要由专用硬件实现
由硬件和软件实现
访问速度的比值 (第一级和第二级)
典型的块(页)大小
CPU对第二级的 访问方式
失效时CPU是否切换
磁表面存储器 在金属或塑料基体的表面涂上一层磁性材料作为记录介质。 按载磁体形状的不同，分为磁盘、磁带和磁鼓。
光盘存储器 光盘存储器是应用激光在记录介质（如磁光材料等）上进行 读写的存储器，具有非易失性的特点。 光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等优良 特点。
钻孔纸带
大端方案
IBM 370机是字长为32位的计算 机，主存按字节编址。
小端方案
PDP-11机是字长为16位的计 算机，主存也按字节编址。
字地址
00 44 88
字节地址
123 567 9 10 11
输入设备 程序和数据
指 主存储器 令 流
控制器
主机 数 据 流
输出设备
CPU 运算器
程序和数据
以运算器为中心的硬件结构
CPU
控 制 器
运算器 存储器
数据、指令 控制信号
设备输入 输出设备
程序、数据
结果
以存储器为中心的结构
存储器在计算机中存放程序和数据。在现代 计算机中处于全机的中心地位。
• 存放当前正在运行的程序和数据。 • 实现主存与I/O设备之间的信息传送。 • 在多处理机系统中，存放共享数据。
读/写的数据 数据线
MM
MDR
(64位)
00000 00001 01101001
····· ·······
主存地址
MAR
CPU
地地 地址线 址 址
寄译 (36位) 存 码
器器
00010
记
00011
忆
00100 10101010
单 元
存储 单元
存 储
地址
内
容
控制线 读/写控制信号
读写控制电路
11110
2.仅在从缓存中读不到数据时才去读主存， 速度略慢但容量较大；
3.当从主存中还读不到时才去成批量读虚 存，速度很慢容量极大。
这就很好地同时解决了对速度、容量、成 本三个方面的需求。
为什么这个方案是可行的？
访存的局部性原理
局部性原理表现在：时பைடு நூலகம்上和空间上 在一小段时间内，最近被访问过的存储单元
很可能再次被访问。 在空间上，被访问的存储单元往往集中在一
11111
主存和CPU的连接
1.主存储器的基本结构
主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和 读写电路组成。
存储体
… …
读 写
数据总线
电
MDR
路
…
驱动器
…
控制电路
译码器
…
MAR
读
写
地址总线
2.主存储器的存储单元
位是二进制数的最基本单位，也是存储器存储信息 的最小单位。
当一个二进制数作为一个整体存入或取出时，这个 数称为存储字。
2.按存取方式分类 (1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）
• 随机存储器 在程序的执行过程中 可 读 可 写 • 只读存储器 在程序的执行过程中 只 读 (2) 存取时间与物理地址有关（串行访问） • 顺序存取存储器 磁带 • 直接存取存储器 磁盘
二、存储系统的层次结构
存储器的三个 重要指标是：
第三章 存储器系统
3.1 存储器系统综述 3.2 半导体随机读写存储器（RAM） 3.3 半导体只读存储器（ROM） 3.4 主存储器的组成与控制 3.5 高速缓冲存储器 3.6 虚拟存储器
3.1 存储器系统综述
一、存储系统的分类 二、存储系统的层次结构 三、主存储器的组织 四、主存储器的主要技术指标
存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元或 主存单元，大量存储单元的集合构成一个存储体。
为了区别存储体中的各个存储单元，必须将它们逐 一编号。存储单元的编号称为地址，地址和存储单元 之间有一对一的对应关系。
所以,存储单元是CPU访问存储器的最小单位。每个 存储单元可以是一个字,也可以是一个字节。
多字节的数据可以有二种不同的存储方式:
小片连续存储区。
因此：可以把程序和数据合理地分配在 不同存储介质中。
Pentium 微机Cache结构简介
L1指令 Cache
CPU 核心 电路
L1数据 Cache
CPU 封装
L2 Cache
L3 CACHE
主存
三、主存储器的组织
存储器芯片封装了驱动器、译码器、读写电路等。而MAR和 MDR则制作在CPU芯片中。
根据以上存储器的分层情况，如何将它们组 织成一个存储系统呢？
为解决主存容 量不足的问题，借 助于软硬件在高速 硬盘上开辟了—— 虚拟存储空间。
为解决主存 速度与CPU 不匹 配的问题，借助 于硬件在二者之 间增加了—— CACHE。
构成了一个统一管理、统一调度，并且对用 户来说透明的一体化的存储器系统，即三级结构 的存储器系统！
几比一 几十个字节 可直接访问
不切换
几百比一 几百到几千个字节
均通过第一级 切换到其他进程
采用三级存储的体系结构!
CPU 10 ns
20 ns
CACHE
200 ns MEMORY
ms
DISC
高速缓冲 存储器
容量小，速度快
主存储器
容量、速度适中
虚拟 存储器
容量大，速度慢
1.若能使 CPU大部分时间访问高速缓存 CACHE速度最快；
存储容量 存取速度 价格
对其要求是：尽可能快的读写速度，尽可 能大的存储容量，尽可能低的成本费用。
各类存储器按速度、容量、价格的分层情况
速度快
价格高(每位)
寄存器
CACHE
容量小
价格低
主存储器 硬盘
速度慢
磁带
光盘
容量大
结论： 采用单一的存储模式很难满足 速度快、容量大、价格低的要求！
如何解决 ???