第5章 存储系统综述.ppt

第五章 存 储 系 统;一、存储器分类;(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）;磁盘、磁带、光盘 ;（1）存储容量：存放二进制信息的数量 存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长（按字） = 字节数（按字节编址） 目前计算机的存储容量大多以字节数来表示 地址线数目为 n，存储容量＝2nB ( 2 ) 存取速度：一般采用两种参数描述 a. 存取时间(TA) 指从CPU给出有效地址启动一次存取（读/写）操作到该操作完成所需的时间。读、写分别为TAR、TAW 。 b.存取周期(Tmc)指连续两次存储器操作之间的最小时间。间隔略大于TA;（3）带宽：每秒从存储器进出的最大信息量;5.2 存储系统的层次结构 ;二、层次结构的存储系统;高;1)通用寄存器组：处于CPU内部，为执行指令方便而设，通常由几个、十几个、几十个寄存器组成，各种机器不等。其速度最快、容量最小、位价最高，但由于容量太小，并不被看成是独立的存储级。 2）主存：是存储系统的核心，是计算机自动、高速运行程序必不可少的功能部件，是计算机传统的五大部件之一。因此，计算机对主存的要求是比较高的，但在目前的存储技术水平下，主存只能做到容量比较大、速度比较快、位价适中，仍然远远满足不了CPU运行程序的要求。 3）高速缓存（Cache）：为平滑主存与CPU之间的速度之差，加速CPU访存的速度，在性能较好的计算机中，主存与CPU之间增加一个缓冲存储器，其容量比通用寄存器组大得多，比主存小得多，速度接近CPU，位价介于寄存器与主存之间 Cache与主存一起构成内存。 寄存器、Cache、主存由不同指标的半导体存储器实现。;4） 辅助存储器（外部存储器）；为了存放大量备用 的程序和数据，在主机之外设置了一级辅助存储器，其容量比主存大得多，速度比主存慢得多，但位价也便宜得多。 辅存通常由磁表面存储器实现，目前大多数计算机使用磁盘，但由于磁盘的容量实际上也有限，因此有些系统使用磁带等速度更低、容量更大（磁带等设备带盘可换，容量可无限延伸）的磁表面存储器作为硬盘的后备。 由于辅存与主机的连接方式和I/O设备相同，因此主机通常以I/O管理方式管理外存。;缓存;1）Cache—主存层次：根据程序运行的局部性原理，可以在计算机运行程序时，通过合理的调度将当前使用最多的一小段程序和数据放在Cache中，使 CPU大部分时间访问高速缓存Cache，只有个别的指令或数据从缓存中读不到，需要到主存去取。这样，从整体运行的效果分析，CPU访存速度接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。;各级存储器存放的信息必须能够满足两个基本原则： 1.一致性原则：同一个信息在各级存储器中必须保持相同的值。 2.包含性原则：处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定包含在各外层的存储器中。 通过采用层次结构结合软硬件技术，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 ;5.3 半导体存储器;0,0;线选法的特点;A;重合法的特点;5. 3. 1 随机访问半导体存储器RAM ; 二. 静态 RAM (SRAM) ;T1;A′;T1 ~ T4; (2) 静态 RAM 芯片举例;A;A;DD;单元;A9;1;A9;A9;A9;A9;A9;A9;A9;（2）单管 DRAM 芯片2116 (16K × 1位); 读放大器; 读放大器; (3) 动态 RAM 时序;;注意：由于DRAM芯片容量较大， 导致地址引脚数大幅度增加，造成制作困难。为此将地址分为行、列地址两部分，分时使用同一组地址引脚输入（输入时间分别由 、 信号控制），因此DRAM芯片地址引脚数将减少一半。这同样意味着：DRAM芯片每增加一根地址引脚，相当于行、列地址各增加一位（共增加了两位地址），将允许片容量扩大4倍。 ; (4) 动态 RAM 刷新;① 集中刷新;tC = tM + tR;③ 分散刷新与集中刷新相结合（异步刷新）;三种刷新定时方式的特点：; 3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较;;VCC; 3. EPROM (多次性编程 ) ;…;4、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器 ） 特点：擦除和编程均可联机进行，更加方便。 电可擦写 局部擦写 全部擦写;系统程序区存放的是不需要改动也不允许改动的系统程序， 所以这部分存储空间应用ROM来实现； 系统程序工作区是系统程序在工作时写入并读出临时数据的， 所以这部分存储空间应用RAM来实现。 用户程序区存放的是用户的程序与数据，这些信息是可读、可 改写的，所以这部分存储空间也应用RAM来实现。; 一、存储器的扩展 ; (2) 字扩