【计组期末复习】第三章存储系统

第三章 存储系统

目录

•存储器概述 •RAM存储器 •ROM存储器 •主存与CPU的连接
•高速存储器 •高速缓冲存储器Cache •虚拟存储器 •外存
重点：
①多层次存储体系结构的概念；
②主存设计及其与CPU的连接；
③Cache的工作原理。

3.1 存储器概述

3.1.1 存储体系结构的发展

  1. 由主-辅二级结构发展到多层次存储体系结构。
  2. 主存由单体发展到多体交叉(并行)。
  3. 采用了虚拟存储技术。

3.1.2 评价存储器性能的主要指标

一、存储容量
•能存放二进制位的总量。
•一般主存、辅存分别考查。
•常以字节B（Byte）为单位（MB、GB、TB）。
•关于W。
•地址码的位数与主存容量的关系。
二、存取时间和存取周期
1.存取时间（Memory Access Time）：孤立地考察某一次R / W 操作所需要的时间，以TA表示。
2.存取周期（Memory Circle Time）：连续访存中一次完整的 R / W 操作所需全部时间，以TM（TC 、TMC）表示。
•TM>TA。
•一般使用TM。
•单位：ns。（1 ns = 10-9 s）
三、频宽（带宽）Bm
Bm=W / TM（B/s，b/s）
•其中 W--每次R / W 数据的宽度，一般等于Memory字长。
•例：计算机A、B编址单位分别是32bit和8bit，按字编址，TM均为10ns。求二者的带宽。
【解答】 4 × 108B/s ， 108B/s
•频宽反映主存的数据吞吐率。
•按此定义Bm也被叫做存储器的数据传输率。

3.1.3 存储器分类

一、按存储介质分

  1. 半导体存储器
  • 利用触发器的双稳态或利用 （静态存储器）
  • MOS管栅极有无电荷来表示二进制的（动态存储器）
  1. 磁表面存储器
  • 利用两种不同的剩磁状态表示二进制的0/1。
  • 常见有磁带、磁盘两种。
  1. 光及磁光存储器
  • (1)利用激光在非磁性介质上写入和读出信息，也称第一代光存储(技术)( Optical Memory )。
  • (2)利用激光在磁记录介质上存储信息，也称第二代光存储(技术) ( Megnetooptical Memory )。

二、按存取方式(工作方式)分

  1. 随机存取存储器RAM( Random Access Memory )
  • 按地址码编址，地址译码线对应唯一确定的存储单元( 1位、1字节、1字… … )；
  • 地址码位数( CPU地址线条数 )为n，则可寻址单元个数为2n ；
  • 按照给定地址可以随时访问( R / W )任何存储单元，且访问时间与存储单元的物理位置无关；
  • 速度较快，TM为ns级；
  • 常用作Cache和主存。
  1. 只读存储器ROM(Read Only Memory)
  • 也是按地址译码访问，但只能随机读取，不能随机写入；
  • 又分为MROM、PROM、EPROM和Flash ROM几类。
  1. 直接存取存储器DAS( Direct Access Storage )
  • 寻址： 信息所在地址按控制字编码形式给出。
  • 每次访问的数据量： 成块存取。
  • 存取时间与信息所在物理位置有关。
  • 容量大，寻址较慢，便宜。
  • 典型的DAS存储器： 磁盘。
  1. 串行(顺序)存取存储器SAM( Serial Access Memory )
  • 以记录、字节形式成块、成组存取信息。
  • 地址以块号和块间间隔给出，要顺序找到块号，再依次存取。
  • 典型的SAM存储器： 磁带。

三、按存储器在计算机中的功能分

  1. 主存储器
  • 存放计算机运行其间的大量程序和数据；
  • 由MOS半导体存储器构成；
  • 包括RAM和ROM；
  • CPU直接访问。
  1. 高速缓冲存储器（Cache）
  • 存放最活跃的程序块和数据。
  • 由双极型半导体存储器或MOS型的SRAM构成。
  • 内存（主存）的概念中是否包含Cache 。
  1. 辅助存储器（外存）
  2. 控制存储器（控存、CM）
  • 微程序设计（控制器）的计算机中，用控存来存放解释执行机器指令的微程序。
  • 物理构成为ROM。
  • 属于计算机五大硬件中的控制器的一部分而非存储器。

3.1.4 多层次存储体系结构

一、为什么要用多层次存储体系结构
•主存的速度总落后于CPU的需要；
•主存的容量总落后于软件的需要。
二、多层次存储结构系统的设计目标
• 在一定的成本下，获得尽可能大的存储容量、尽可能高的存取速度及可靠性等。
• 容量、速度、和成本的矛盾。
image

  1. 通用寄存器（组）
    速度近于CPU，少量连续计算时存放部分数据及中间结果，通过减少主存访问而提高系统速度。
  2. Cache-主存层次
    （1）什么是cache： 高速缓冲存储器，高缓。是在CPU和主存之间的小容量快速存储器，速度与CPU相当。
    依据程序运行的局部性（原理），把主存中部分信息映射到cache中，CPU与之打交道，如此弥补了主存在速度上的不足。
    （2）Cache与CPU、主存的关系 --工作原理（本章后续）
    （3）Cache的物理构成： 一般为SRAM即静态RAM（Static RAM）；而主存一般为DRAM即动态RAM（Dynamic RAM）。 ( SRAM较快，约为DRAM的8~16倍，但比DRAM功耗大，集成度低，每位价格高。)
    （4）多级高速缓存： 目前PC系统中一般设有一级高速缓存和二级高速缓存 -- 分别称为L1 Cache 和L2 Cache；也有L3 Cache。
  3. 主-辅层次
    （1）构成： 主存和辅存。
    （2）作用： 解决主存容量不足的问题。
    （3）虚拟存储器（Virtual Memory虚存）（虚存技术）
  • 主-辅层次本身没有意义，使用虚拟存储技术才能发挥作用。
  • 由此出现虚拟存储器概念。
  • 虚拟存储器（Virtual Memory虚存）定义-- 是建立在主-辅物理结构基础之上，由附加的硬件装置及操作系统的存储管理软件组成的一种存储体系。它将主存和辅存地址空间统一编址，用户在这个空间里编程，如同拥有一个容量很大的内存。
    三、多层次存储体系结构的小结
  1. 多层次存储系统设计得当的话，会使用户感到拥有了Cache的速度、辅存的容量。
  2. 而且，无论Cache还是虚存对应用程序员都是透明的。Cache更是对各级程序员透明
posted @ 2022-11-21 19:49  Mothlove  阅读(427)  评论(0)    收藏  举报