計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)-第三章第一講ppt課件

1、 第三章 存儲系統(tǒng)1 第三章 存儲系統(tǒng) 第三章 存儲系統(tǒng)3.1 存儲系統(tǒng)概述3.2 隨機(jī)讀寫存儲器3.3 只讀存儲器和閃速存儲器3.4 高速存儲器3.5 Cache存儲器3.6 虛擬存儲器3.7 存儲維護(hù)3.8 輔助存儲器 2圖3.1 存儲器與外部的銜接關(guān)系 存儲器系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都以存儲器為中心，程序假設(shè)要運(yùn)轉(zhuǎn)，必需先把有關(guān)程序和數(shù)據(jù)裝到存儲器中。3.1.1 存儲器在計(jì)算機(jī)中的位置3.1存儲系統(tǒng)概述3 存儲系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)錢各不一樣的存儲器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法銜接起來的系統(tǒng)稱為存儲系統(tǒng)。 對運(yùn)用程序員透明，并且，從運(yùn)用程序員看

2、它是一個(gè)存儲器； 這個(gè)存儲器的速度接近速度最快的那個(gè)主存儲器； 存儲容量與容量最大的那個(gè)主存儲器相等或接近； 單位容量的價(jià)錢接近最廉價(jià)的那個(gè)主存儲器。3.1存儲系統(tǒng)概述43.1.2 存儲器的組成存儲體是存放二進(jìn)制碼的地方，由各種介質(zhì)組成的、具有記憶才干的存儲單元集合?？梢酝瓿纱嫒搿⑷〕?、堅(jiān)持記憶的功能。接受地址總線上送來的地址，在整個(gè)存取時(shí)間內(nèi)，堅(jiān)持地址碼不變，以進(jìn)展地址選擇?；蚍Q為存儲器數(shù)據(jù)存放器(MDR)。它與數(shù)據(jù)總線相連，進(jìn)展數(shù)據(jù)的寫入或讀出，起到了將存儲信息整形與同步的作用，作為存儲體與總線接口的存放器。根據(jù)地址碼，產(chǎn)生該地址的選擇信號，用以驅(qū)動所選擇的存儲單元。3.1存儲系統(tǒng)概述圖3

3、.2 存儲器的組成53.1.2 存儲器的組成1. 存儲體編址方式 為了可以方便存取，對存儲體的各單元進(jìn)展編址。 編址技術(shù)是存儲器構(gòu)造中的重要問題。3.1存儲系統(tǒng)概述6存儲體編址方式編址單位： 常用的編址單位：字編址、字節(jié)編址、位編址、塊編址等編址單位與字長訪問： 普通：字節(jié)編址，字訪問； 部分機(jī)器：位編址，字訪問； 輔助存儲器：塊編址，位訪問；3.1.2 存儲器的組成3.1存儲系統(tǒng)概述7存儲體編址方式： 按字編址：長度為一個(gè)機(jī)器字長的存儲單元，編一個(gè)地址碼。 按字節(jié)編址：即8位二進(jìn)制代碼為一個(gè)存儲單元，編一個(gè)地址碼，這是當(dāng)前機(jī)器編址中的主流。 按位編址：即對每一位二進(jìn)制代碼指定一個(gè)地址碼。這種

4、編址方式只是在某些特定需求的情況下采用。3.1.2 存儲器的組成3.1存儲系統(tǒng)概述8圖3.3 字節(jié)編址的主存儲器的各種訪問方法圖中給出了主存儲器采用字節(jié)編址情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的3種不同存放方法，這里，存儲器本身的字長都是64位8個(gè)字節(jié)，即一個(gè)存儲周期可以從存儲器中讀或?qū)懸粋€(gè)字長為64位的數(shù)據(jù)，圖中最左邊一列是地址，用16進(jìn)制表示，由于存儲器的字長是8個(gè)字節(jié)，因此地址的最低3個(gè)二進(jìn)制位是000。我們這里暫且把一個(gè)存儲字稱為雙字 9在采用字節(jié)編址方式的存儲器中，一個(gè)存儲字中的多個(gè)字節(jié)如何編碼有兩種方法，這就是大端(Big Endian)與小端(Little Endian)問題。 圖3.410

5、3.1.3 存儲器的分類1.按存儲介質(zhì)分類 所謂存儲介質(zhì)是指記憶二進(jìn)制代碼所采用的物質(zhì)。 (1).半導(dǎo)體器件組成的半導(dǎo)體存儲器 (2).磁性資料做成的磁外表存儲器3.1存儲系統(tǒng)概述112. 按存取方式分類(1). 隨機(jī)存儲器RAM (Random Access Memory) 單元的內(nèi)容都能隨機(jī)存取且存取時(shí)間與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。如半導(dǎo)體存儲器等。用途:主存、Cache、外設(shè)緩存。(2). 順序存儲器SAM (Sequential Access Memory) 存取時(shí)間與存取單元的物理位置有關(guān)的存儲器。如：磁帶存儲器。用途：輔存。(3).半順序存儲器RSAM (Random Seque

6、ntial Access Memory) 記錄信息的媒體外表被分成假設(shè)干道，每道均可隨機(jī)訪問，道內(nèi)那么按順序?qū)ひ挼拇鎯ζ?。如：磁盤。3.1存儲系統(tǒng)概述123. 按讀寫功能分類(1)只讀存儲器ROM (Read Only Memory) 只能讀出不能寫入的存儲器。(2)隨機(jī)存儲器RAM (Random Access Memory) 既能讀出又能寫入的存儲器。3.1存儲系統(tǒng)概述134. 按信息的可保管性分類(1). 非永久性存儲器(易失性): 斷電后信息即消逝的存儲器(2). 永久性存儲器(非易失性):斷電后仍能保管信息的存儲器5. 按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類* 主存儲器 * 輔助存儲器* 緩沖存

7、儲器 * 控制存儲器3.1存儲系統(tǒng)概述143.1.4 存儲器的主要目的容量、速度、價(jià)錢 1、存儲容量：主存存儲單元的總數(shù) Swnm 其中：w 存儲器字的長度(可用位或字節(jié)表示)，n表示每個(gè)存儲器的字?jǐn)?shù)，m表示可以并行任務(wù)的存儲器的個(gè)數(shù)。3.1存儲系統(tǒng)概述153.1.4 存儲器的主要目的1. 存儲容量: 主存存儲單元的總數(shù)例：8位微機(jī)16位地址碼按字節(jié)編址 最大容量：216B= 65536B= 64KB注： 1KB=210B;1MB=210KB=220B;1GB= 210MB= 230B;1TB= 210GB= 240B。3.1存儲系統(tǒng)概述163.1.4 存儲器的主要目的1. 存儲容量: 主存存

8、儲單元的總數(shù) 例：某機(jī)器字長(普通也是存儲器的字長，也稱為數(shù)據(jù)寬度)為16位，即等于2B，而存儲器的物理單元個(gè)數(shù)為32k個(gè)，該存儲器只需一個(gè)存儲器任務(wù)，所以它的容量可以計(jì)算出來： S232kl64kB。3.1存儲系統(tǒng)概述173.1.4 存儲器的主要目的 2、速度 衡量存儲器速度目的的參數(shù)可以有下面幾個(gè)。 存儲周期：兩次讀/寫操作之間所需的最短間隔時(shí)間稱為存儲周期(TM)。 *存儲周期的單位：ns(納秒) 存取時(shí)間：存儲器從接納到“讀出或“寫入的命令起到完成讀數(shù)或?qū)憯?shù)操作所需的時(shí)間，稱為存取時(shí)間(TA)。通常 TM TA3.1存儲系統(tǒng)概述183.1.4 存儲器的主要目的 2、速度 衡量存儲器速度

9、目的的參數(shù)可以有下面幾個(gè)。 數(shù)據(jù)傳送速率Bm：也稱為頻寬，通常是用單位時(shí)間能傳送的信息位數(shù)(或字節(jié))來衡量。有 Bm= (位s) 假設(shè)是m個(gè)存儲器并行任務(wù)，那么有 Bm (位s) 3.1存儲系統(tǒng)概述193.1.4 存儲器的主要目的3.存儲器的可靠性 衡量規(guī)范：平均無缺點(diǎn)時(shí)間 MTBF(Mean Time Between Failures) MTBF越長，可靠性越高。4.性能/價(jià)錢比 性能容量、存儲周期、可靠性等 價(jià)錢整個(gè)存儲器的價(jià)錢3.1存儲系統(tǒng)概述20圖3.5 存儲器的層次構(gòu)造3.1.5 存儲器系統(tǒng)的層次構(gòu)造計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存放最活潑的程序和數(shù)據(jù)的高速小容量存儲器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存放計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的大量程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲器。內(nèi)存儲器：主存 + cache；是中央處置器能直接訪問的存儲器。存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)轉(zhuǎn)的程序和數(shù)據(jù)，需求時(shí)再與主存成批交換信息的存儲器。由磁外表存儲器和光盤存儲器構(gòu)成。3.1存儲系統(tǒng)概述213.1.5 存儲器系統(tǒng)的層次構(gòu)造 1. 存儲器訪問的部分性 所謂存貯器訪問的部分性是指在CPU訪問存貯器時(shí)，無論是取指令或存取數(shù)據(jù)，所訪問的存貯單