chap4 存储体系－1.pptVIP

第四章 存储体系 教学目标 了解存储器分类及分级结构 掌握半导体存储器芯片基本工作原理 掌握提高存储器性能的主要方法 教学重点 半导体存储器芯片基本工作原理 存储器与中央处理器的连接方法 提高存储器性能的主要方法 教学过程 4.1 存储体系概述 4.2 主存储器 4.3 主存储器与CPU的连接 4.4 高速存储器 4.5 高速缓冲存储器Cache 4.6 虚拟存储器 4.7 外存储器 4.8 存储保护 作业 4.1 存储体系概述 一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位；字节（8bits）是数据存储的基本单位。 单元地址是内存单元的唯一标志。 存储器具有两种基本的访问操作：读和写。 一、存储器的分类 二、主存储器的性能指标 三、存储器的层次结构 一、存储器的分类 1、计算机存储系统中的存储器分类 2、计算机的主存储器分类 1、计算机存储系统中的存储器分类 （1）按存储介质分类 半导体器件：半导体存储器（RAM、ROM，用作主存） 磁性材料：磁表面存储器（磁盘、磁带，用作辅存） 光介质：光盘存储器（用作辅存） （2）按存取方式分类 随机存取存储器：存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关（主存） 顺序存取存储器：存取时间和存储单元的物理位置有关 （磁盘、磁带） 相联存储器：按内容访问。 （3）按存储器的读写功能分类 只读存储器（ROM）：一般隐含指随机存取。 读写存储器（RAM）：一般隐含指随机存取。 1、计算机存储系统中的存储器分类 （4）按信息的可保存性分类 永久记忆的存储器：又称非易失性存储器，在断电后还能保存信息（辅存、ROM） 非永久记忆的存储器：又称易失性存储器，在断电后信息丢失（主存中的RAM） （5）按在计算机系统中的作用分类 主存储器：又称内存，为主机的一部分，用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。 辅助存储器：又称外存，为外部设备，用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。 2、计算机的主存储器分类 主存的地位：在现代计算机中，主存储器处于全机的中心地位。 主存的分类：要求为随机存取、快速 随机读写存储器（RAM） 只读存储器（ROM，参见教材P115 4.6） 掩膜式只读存储器（MROM） 可编程只读存储器(PROM) 可擦除可编程序的只读存储器(EPROM) 电可擦除的可编程序的只读存储器(E2PROM) 闪存（Flash memory） ：介于EPROM和E2PROM之间的永久性存储器 存储器分类综述 二、主存储器的性能指标 1、存储容量：指存储器可容纳的二进制信息量，描述存储容量的单位是字节或位。 量化单位： 1K＝210 1M＝220 1G＝230 1T＝240 存储器芯片的存储容量＝存储单元个数×每存储单元的位数 二、主存储器的性能指标 2、存储速度：由以下3个方法来衡量。 存取时间（Memory Access Time）：指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间。存取时间愈短，其性能愈好。通常存取时间用纳秒（ns＝10－9s）为单位。 存储周期（Memory Cycle Time）：指存储器进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。 通常存取周期TC大于存取时间tA ，即TC≥tA。 存储器带宽：是单位时间里存储器所能存取的最大信息量，存储器带宽的计量单位通常是位/秒（bps）或字节/秒，它是衡量数据传输速率的重要技术指标。 二、主存储器的性能指标 3、存储器的价格：用每位的价格来衡量。 设存储器容量为S，总价格为C，则位价为C/S(分/位)。 它不仅包含了存储元件的价格，还包括为该存储器操作服务的外围电路的价格。 4、可靠性：指存储器正常工作（正确存取）的性能。 5、功耗：存储器工作的耗电量。 存储容量、速度和价格的关系： 速度快的存储器往往价格较高，容量也较小。 容量、速度和价格三个指标是相互制约的。 三、存储器的层次结构 主存储器：半导体存储器（存放当前正在执行的程序和数据） 外存储器或辅助存储器：磁盘、磁带、光盘（存放当前不在运行的大量程序和数据） 原因：半导体存储器可随机访问任一单元，而辅助存储器一般为串行访问存储器。读写该存储器内容时，需要顺序地一位一位地进行，访问指定信息所需时间与信息所在位置有关。 顺序存取存储器 串行存储器 直接存取存储器 衡量存储器有三个指标： （1）容量 （2）速度 （3）价格／位 主-辅存层次满足了存储器的大容量和低成本需求： （1）在速度方面，计算机的主存和CPU一直保持了大约一个数量级的差距。设置高速缓冲存储器（cache）是解决存取速度的重要方法。 （2）在CPU和主存中间设置高速缓冲存储器，构成高速缓存