计算机组成原理和汇编语言 第6章　存储系统.ppt

计算机组成原理与汇编语言程序设计 授课教师：江兰帆 E－MAIL：jiang_lanfan@126.com 第6章　 存储系统 本章主要内容： 存储器的分类、技术指标 各类存储原理 主存储器的组织 高速缓冲存储器 外部存储器 物理存储系统的组织 虚拟存储系统的组织 6.1 概述 基本概念 存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。 存储元：存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。 存储单元：是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。 基本概念 单元地址：在存储器中用以表识存储单元的唯一编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。 字存储单元：存放一个字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。 字节存储单元：存放一个字节的存储单元，相应的单元地址叫字节地址 基本概念 按字寻址计算机：可编址的最小单位是字存储单元的计算机。 按字节寻址计算机：可编址的最小单位是字节的计算机。 存储体：存储单元的集合，是存放二进制信息的地方 存储器各个概念之间的关系 6.1.1 存储器的分类 1. 按存储器在系统中的作用分类 （1）内部存储器（内存、主存） 主要存放CPU当前使用的程序和数据。 特点：速度快、容量有限 （2）外部存储器（辅存、外存） 存放大量的后备程序和数据。 特点：速度较慢、容量大 6.1.1 存储器的分类 （3）高速缓冲存储器 存放CPU在当前一小段时间内多次使用的程序和数据。 特点：速度很快、容量小 6.1.1 存储器的分类 2. 按存取方式分类 （1）随机存取存储器（RAM） 随机存取：可按地址对任一存储单元进行读写，访问时间与单元地址无关。 （2）只读存储器（ROM） 随机存取存储器的特例，只能读不能写。 6.1.1 存储器的分类 （3）顺序存取存储器（SAM） 访问时，读/写部件按顺序查找目标地址，访问时间与数据位置有关。(磁带) （4）直接存取存储器（DAM） 访问时，读/写部件先直接指向一个小区域，再在该区域内顺序查找。访问时间与数据位置有关。(磁盘) 6.1.1 存储器的分类 （1）磁芯存储器 (已淘汰) 利用不同的剩磁状态存储信息，容量小、速度慢、体积大、可靠性低。 （2）半导体存储器 MOS型：集成度高、功耗低，作主存 双极型：集成度低、功耗大，速度快，作Cache 6.1.1 存储器的分类 （3）磁表面存储器 利用磁层上不同方向的磁化区域表示信息 容量大，非破坏性读出，速度慢 长期保存信息，作外存 （4）光盘存储器 激光控制，利用光斑的有无表示信息 容量很大，非破坏性读出，速度慢。 长期保存信息，作外存 6.1.1 存储器的分类 4. 按信息的可保存性分类 易失性（挥发性）存储器：断电后信息消失 永久性存储器：断电后信息仍然保存 6.1.2 主存的主要技术指标 存储容量 存取时间(存储器访问时间） 存储周期 存储器带宽 可靠性 功耗 集成度 6.1.2 主存的主要技术指标 6.1.2 主存的主要技术指标 可靠性：主存储器的可靠性通常用平均无故障时间 MTBF(Mean Time Between Failures)来表征。MTBF指连续两次故障之间的平均时间间隔。显然，MTBF越长，意味着主存的可靠性越高。 6.1.2 主存的主要技术指标 功耗：作为目前的主存储器的主体的半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”，应在保证速度的前提下尽可能地减小功耗，特别是要减小“维持功耗”。 集成度：所谓集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个存储单元，每个存储单元存储一个二进制位，所以集成度常表示为位/片。 6.2 存储原理 6.2.1 半导体存储器的存储原理 SRAM存储器 1. 基本存储元 基本存储元是组成存储器的基础和核心,它用来存储一位二进制信息0或1。 SRAM存储器 SRAM存储器 定义： 存 “0”：T1导通，T2截止； 存 “1”：T1截止，T2导通。 SRAM存储器 工作： Z加高电平， T5、T6导通，选中该单元。 写入：W低、W高电平，写0 W高、W低电平，写1 读出：根据 W、W上有无电流，读1/0。 SRAM存储器 保持： Z加低电平， T5、T6截止，位线与双稳态电路分离，保持原有状态不变。 静态单元是非破坏性读出，读后不需重写。 六管基本存储单元电路 SRAM存储器 一个基本存储电路只能存储一个二进制位。 将基本的存储电路有规则地组织起来，就是存储体。 存储体又有不同的组织形式： 将各个字的同一位组织在一个芯片中； 将各个字的4位组织在一个芯片中， 如：2114 1K×4； 将各个字的8位组织在一个芯片中， 如：6116 2K×8； SR