05计算机系统与网络维护--存储系统与主存储器1.pptVIP

4 存储系统与主存储器 2014年10月 计算机系统与网络维护 学习目标 能描述计算机存储系统构成 知道各级存储的作用 知道主存储器的种类、特性 知道主存储器中如何存放数据 知道主存储器是如何用存储单元组织起来 能描述RAM的主要技术指标 了解目前市场RAM的主要产品 学习内容 计算机存储系统 主存储器种类、特性 主存储器的主要技术指标 主存储器的组织 4.1 计算机存储系统 存储器的作用 存储器系统的要求 存储系统 4.1.1存储器的作用 计算机中用来存放程序和数据的部件，是冯.诺依曼结构计算机的重要组成部分。在现代计算机中，存储器处于全机的中心地位。 程序 存储器 输出设备 输入设备 运算器 控制器 数据 计算结果 主存储器存放当前正在执行的程序和数据，CPU从中读取指令和存取数据； 随着IO设备的增加，数据传输速度加快，DMA 技术和IO 通道技术广泛使用，直接在存储器和 IO设备间传送数据； 共享存储器的多处理机的出现，需要利用存储器存放共享的数据，实现处理机间通信。 4.1.1存储器的作用 4.1.2 存储器系统的要求 存储器系统的设计目标 尽可能快的存取速度： 应能基本满足CPU对数据的要求 尽可能大的存储空间： 可以满足程序对存储空间的要求 尽可能低的单位成本： （价格/位）应在用户能够承受范围内 4.1.3 存储器系统 采用多级结构的存储器系统 基本思想：选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。 多级结构存储器系统 典型多级存储器系统的层次 缓存：使用容量较小但速度最快的 SRAM芯片组成高速缓存存储器CACHE； 主存：使用容量较大速度适中的 DRAM芯片组成 主存储器MAIN MEMORY； 辅存：使用容量特大但速度较慢的磁盘设备构成虚拟存储器 VIRTUAL MEMORY。 三级存储系统 现代计算机中的存储层次 利用程序运行的局部性原理 以最低廉的价格提供尽可能大的存储空间 以最快速的技术实现高速存储访问 程序运行的局部性原理 什么是程序运行的局部性原理？ 是指CPU对存储器中程序和数据的访问，在一小段时间内，总是集中在一小块存储空间。 程序运行的局部性原理表现方面 时间方面：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问，例如：程序循环 空间方面：在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区，例如：数组存放 指令执行顺序方面：在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 ) 4.2 主存储器种类、特性 主存储器—内存，用半导体材料制造。 种类：见下页图 主存储器特性 最主要特性： RAM：易失性，断电后数据丢失。 ROM：非易失性，断电后数据不丢失。 FLASH Memory：闪存 是EEPROM 的变种 主存储器与CPU的连接 READY WRITE READ Main Memory AB k 位（给出地址） DB n 位（传送数据） 例如： k= 32 位 n= 32 位 CPU AR DR AB：地址总线，它的位数决定可寻址的内存最大空间。 DB：数据总线，它的位数与工作频率的乘积正比于最 高数据吞吐能力。 AR：寄存器，存放地址 DR：寄存器，存放数据 4.3主存储器的主要技术指标 存取时间 通常用读写一个存储单元所需时间度量，即读写速度 存储周期 连续两次读写存储单元所需的时间间隔 一般大于读写一次存储单元的存取时间 存储容量 通常用构成存储器的字节（8位）或者字数（2、4、8个字节）表述 多数计算机能在逻辑上同时支持按字节或者按字读写存储器（按字节编址） RAM的性能指标 4.4 主存储器的组成 主存储器存储单元的地址分配 主存储器的组成 4.4.1 存储单元地址分配 一般来说，计算机的存储单元为一个字节，所以一个内存地址对应一个存储单元。 一个16位数据是如何存放在存储器中呢？ 有两种存放方式： 高地址与低地址。 以1234H为例 12H 34H 0 1 2 3 4 34H 12H 0 1 2 3 4 Intel Motorola 4.4.2主存储器的组成 主存是由若干存储芯片组成。 存储芯片的容量的标识，如： 4K x 4 4K x 1 第一个数字表示单元数，后一个数字表示位数 某8位微型机地址码为18位，若使用4K x 4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问： ⑴ 该机所允许的最大主存空间是多少？ 解： 218 = 256 KB 某8位微型机地址码为18位，若使用4K x 4位的