存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，主存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位。本章對(duì)存儲(chǔ)器的基本情況進(jìn)行介紹，首性能的一些方案與技術(shù)。高速緩存、主存和輔存是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中普遍采用的存儲(chǔ)器層次方案，本章對(duì)高速緩存方式、硬盤存儲(chǔ)器、磁盤陣列、光盤存儲(chǔ)器的基本情況。存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器的層次化結(jié)構(gòu)SRAM存儲(chǔ)器的工作原理DRAM存儲(chǔ)器的工作原理只讀存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器與CPU的連接雙口RAM和多模塊存儲(chǔ)器程序訪問(wèn)的局部性Cache的映射方式、替換算法與寫策略段式、頁(yè)式、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器TLB(快表)外存儲(chǔ)器：硬盤存儲(chǔ)器、磁盤陣列、光盤存儲(chǔ)器4.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的設(shè)備，存儲(chǔ)系統(tǒng)指的是存儲(chǔ)器以及管理存儲(chǔ)器的PU存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中扮演非常重要的角色；對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)、組織、性能和價(jià)格等方86計(jì)算機(jī)組成原理還沒(méi)有很完善的滿足系統(tǒng)需要的存儲(chǔ)技術(shù)。所以目前計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)一般分為兩個(gè)子系儲(chǔ)部件，一個(gè)為外部存儲(chǔ)部件。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，主存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位，當(dāng)前計(jì)算機(jī)正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)均存中，CPU直接從主存儲(chǔ)器取指令或存取數(shù)據(jù)。4.1.1存儲(chǔ)器的分類產(chǎn)品種類繁多，按照不同的方法可以進(jìn)行不同的分類。作介質(zhì)主要有半導(dǎo)體材料、磁性材料和光盤等。(1)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)元件是半導(dǎo)體材料的存儲(chǔ)器稱為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體在計(jì)算的集成電路中?，F(xiàn)代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器都用超大規(guī)模集成電路工藝制成。根據(jù)制造技術(shù)的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器又可以分成兩種：MOS型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和雙極型 TTLMOS功耗小，速度比較慢，但制造簡(jiǎn)單，成本低，獲得了廣泛的(2)磁芯存儲(chǔ)器。在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器出現(xiàn)之前，存儲(chǔ)器的制作材料為磁芯，磁芯是由硬磁(3)磁表面存儲(chǔ)器。磁表面存儲(chǔ)器指的是在塑料或者金屬載體表面涂上一層磁性材料用切割磁力線進(jìn)行讀寫操作。按載磁體形狀的不同，可分為磁盤、磁帶和磁鼓等。2．按數(shù)據(jù)的存取方法分類(1)順序存取存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器組成許多稱為記錄的數(shù)據(jù)單元，它們以特定的線性順序方存取方式，不論數(shù)據(jù)存放在何處，讀寫時(shí)必須從介質(zhì)的開(kāi)始端順序?qū)ふ摇?2)直接存取存儲(chǔ)器。同順序存取一樣，直接存取也采用共享讀寫機(jī)構(gòu)。但是，單個(gè)的取的方式，讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，首先直接找到磁盤上的數(shù)據(jù)塊(磁道)，然后再順序訪問(wèn)，直到數(shù)據(jù)所在位置。(3)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器中每一個(gè)可尋址的存儲(chǔ)位置有唯一的尋址機(jī)制。任何一個(gè) 87統(tǒng)采用隨機(jī)存取方式，找到數(shù)據(jù)的時(shí)間只和地址譯碼時(shí)間有關(guān)。(4)相聯(lián)存取存儲(chǔ)器。這是一種隨機(jī)存儲(chǔ)類的存儲(chǔ)器，它允許對(duì)存儲(chǔ)單元中的某些指定固定的，而與所存位置無(wú)關(guān)。(見(jiàn)附錄)寫功能分類解釋程序。4．按信息保存特性分類算機(jī)中的作用分類根據(jù)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用，存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、緩沖存4.1.2存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)為容量和速度。存儲(chǔ)器既然是用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的容器，當(dāng)然容量是關(guān)鍵性的特征。計(jì)算機(jī)可尋址的最小信息單位是一個(gè)存儲(chǔ)字，相鄰的存儲(chǔ)器地址表示相鄰存儲(chǔ)字，這種機(jī)器稱為“字可尋址”節(jié)為8個(gè)二進(jìn)制位，因此，一個(gè)字的字長(zhǎng)通常是8的倍數(shù)。有些計(jì)算機(jī)也可以按“字節(jié)”總數(shù)，就得到了存儲(chǔ)器的容量表示。數(shù)有：(1)存取時(shí)間。又叫存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間(MemoryAccessTime)，它是指啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器88計(jì)算機(jī)組成原理?yè)?jù)寫入被選中單元為止所需的全部時(shí)間。(2)存儲(chǔ)周期。存儲(chǔ)周期(MemoryCycleTime)是指存儲(chǔ)器進(jìn)行連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器的短暫附加時(shí)間，附加時(shí)間主要用于信號(hào)線上瞬變的消失或被破壞的數(shù)據(jù)的恢復(fù)。(3)傳輸率。也叫存儲(chǔ)器的帶寬，指的是數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭氪鎯?chǔ)器的速度，表示每秒從存4.1.3存儲(chǔ)器的層次化結(jié)構(gòu)對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配置的存儲(chǔ)器，歸結(jié)起來(lái)有三個(gè)主要的參數(shù)要求：容量大，速度快，存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)，這樣就不會(huì)僅僅依賴于某一個(gè)存儲(chǔ)部件或技術(shù)了。。在圖中，由上到下呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：每位的價(jià)格越來(lái)越低，速度越來(lái)越慢，容量越來(lái)越U存儲(chǔ)容量比主存儲(chǔ)器大得多，主要用來(lái)存放暫時(shí)未用到的程序和數(shù)據(jù)文件。CPU不能直接訪，輔存只能與主存交換信息，但它的位價(jià)是最便宜的。存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上還是體現(xiàn)在緩存—主存和主存—輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。從矛盾。這種多層次結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的典型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 89UN單元中，完成寫操作。4.2半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器90計(jì)算機(jī)組成原理才能使信息保持。4.2.1SRAM存儲(chǔ)器。T1~T4幾個(gè)MOS管組成了兩個(gè)反相器，兩反相器是交叉耦合連接的，它們組成一個(gè)觸條位線，用來(lái)傳送讀、寫數(shù)據(jù)信號(hào)。位線隔開(kāi)。就丟失了。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片采用超大規(guī)模集成電路制造工藝，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了具有記憶功能 91號(hào)控制下用來(lái)完成讀寫操作。存儲(chǔ)芯片通過(guò)地址引腳、數(shù)據(jù)引腳和控制引腳與外部連接。地址引腳是單向輸入的，數(shù)據(jù)引腳是雙向傳輸?shù)模刂芬_和數(shù)據(jù)引腳的位數(shù)共同反映了存儲(chǔ)芯片的容量。如地址線為信中能進(jìn)行操作。是一個(gè)16×8位線性譯碼存儲(chǔ)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。它的特點(diǎn)是用一根字選擇線，直接選中一個(gè)存儲(chǔ)單元的各位。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但只適合容量不大的存儲(chǔ)芯片。如出或?qū)懭搿?2計(jì)算機(jī)組成原理1K可以看出2114芯片容量為1K×4位，所以引腳上具有地址引腳10位(A9~A0)，數(shù)據(jù)引腳4位(D3~D0)，控制引腳中有讀/寫控制線WE，片選線CS，另外還有電源線GND和位(D7~D0)，控制引腳中有寫允許信號(hào)WE，讀允許信號(hào)OE，片選線CS，另外還有電源靜態(tài)存儲(chǔ)器的片選、寫允許、地址和數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)間配合上有一定的要求，可以用時(shí)序 讀周期時(shí)序。 tCO現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。 93寫周期時(shí)序CRAM線上存在著前一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，故在地址線發(fā)生變化后，CS，WE均需滯后tAW再有效，以避4.2.2DRAM存儲(chǔ)器常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器基本單元電路有三管式和單管式兩種，它們的共同特點(diǎn)都是靠電容存2ms內(nèi)對(duì)其所有存儲(chǔ)單元恢復(fù)一次原狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程叫再生或刷新。94計(jì)算機(jī)組成原理單管單元的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，單元占用面積小，速度快。但它的讀出是破壞性的，并且很小，要求有高靈敏度的讀出放大器檢測(cè)讀出信號(hào)。完畢，故是破壞性讀出，必須再生。 行地址鎖存器，再由列地址選通信號(hào)CAS把列地址送入列地址鎖存器，然后再經(jīng)譯碼電路譯RAM 送行地址，后送列地址。行地址由行地址選通信號(hào)RAS控制送入，列地址由列地址選通信號(hào)CAS控制送入，16K位在讀出放大器(簡(jiǎn)稱讀放)中，讀出放大器由觸發(fā)器構(gòu)成。在讀出時(shí)，讀出放大器又使相應(yīng)的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)信息自)，所以讀出放大器還用作再生放大器。 95其中A0~A7為地址線；WE為讀/寫控制線，WE=1時(shí)為讀出，WE=0時(shí)為寫入；RAS為行選通信號(hào)，CAS為列選通信號(hào)；Din為數(shù)據(jù)輸入，Dout為數(shù)據(jù)輸出；VCC和GND為電源；Nc(NotConnect)表示空引腳。一般DRAM芯片無(wú)片選信號(hào)，行選通信號(hào)RAS可認(rèn)為片選信號(hào)。K有效減少刷新操作所占用的時(shí)間。DRAM新與控制整個(gè)RAM的刷新。從上一次對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器刷新結(jié)束到下一次對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器全部刷新一遍為有兩種刷新方式：集中式刷新和分布式刷新。集中式刷新集中式刷新指在一個(gè)刷新周期內(nèi)，利用一段固定的時(shí)間，依次對(duì)存儲(chǔ)器的所有行逐一刷s分布式刷新96計(jì)算機(jī)組成原理 (2)刷新定時(shí)器：完成對(duì)DRAM芯片進(jìn)行定時(shí)刷新的功能。 (3)刷新地址計(jì)數(shù)器：只用RAS的刷新操作，需要提供刷新地址計(jì)數(shù)器，來(lái)提供刷新行(5)定時(shí)發(fā)生器：提供行地址選通信號(hào)RAS、列地址選通信號(hào)CAS和寫信號(hào)WR，供DRAM芯片使用。隨著電路集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在也能把DRAM控制器和存儲(chǔ)芯片集成到一起，這樣的 97RAS儲(chǔ)器的行地址鎖存器，然后再由CAS的因此，CAS的下沿要滯后于RAS的下沿一定時(shí)間。其次，RASCAS和負(fù)電平寬度應(yīng)大于某一規(guī)定值，以保證芯片內(nèi)部電路能正常工作。第三，行、列地址對(duì)RAS和CAS的下沿應(yīng)有足夠的地址建立時(shí)間和地址保持時(shí)間，以確定行、入芯片。讀周期時(shí)序AM的撤除應(yīng)在CAS的正沿來(lái)到后，輸出讀出信號(hào)可保持到CAS負(fù)電平撤消之后。 圖4- 圖4-19是寫工作方式的時(shí)序圖，在“寫”工作方式時(shí)，RAS的一個(gè)周期時(shí)間即“寫工作周期”tCWR。寫工作方式的特點(diǎn)是WE的下沿早于CAS下沿到來(lái)。因?yàn)閷懭霐?shù)據(jù)的寫時(shí)鐘是由列時(shí)鐘和WE=0共同作用產(chǎn)生的，所以實(shí)際是由CAS的下沿激發(fā)了數(shù)據(jù)寫入。DRAM有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，由于它使用簡(jiǎn)單的單管單元作為存儲(chǔ)單元，因此，每片存儲(chǔ)容量較大；由于DRAM的地址是分批進(jìn)入的，所以它的引腳數(shù)比SRAM要少得多，它98計(jì)算機(jī)組成原理的封裝尺寸也比較小。這些特點(diǎn)使得在同一塊電路板上，使用DRAM的存儲(chǔ)容量要比用SRAM大4倍以上。其次，DRAM的價(jià)格比較便宜，大約只有SRAM的1/4。第三，由于使用動(dòng)態(tài)元件，DRAM所需功率大約只有SRAM的1/6。由于上述優(yōu)點(diǎn)，DRAM的應(yīng)用比SRAM要廣泛的多。路，也要用一部分功率。4.3只讀存儲(chǔ)器AM儲(chǔ)器來(lái)保存從磁盤裝入引導(dǎo)程序的指令。器(ROM)。掩膜式ROM中的信息是廠家根據(jù)用戶給定的程序或數(shù)據(jù)對(duì)芯片圖形掩膜進(jìn)行兩次光刻元件的“有/無(wú)”來(lái)表示該存儲(chǔ)單元的信息，其存儲(chǔ)內(nèi)容是不會(huì)改變的。 9932根行選擇線和32根列選擇線交叉處既可有耦合元件MOS管，也可沒(méi)有。列選擇線各OSS完成后的大批量使用。2．可編程的只讀存儲(chǔ)器(PROM)PROM息為“1”或“0”的。剛存儲(chǔ)的內(nèi)容。。在這個(gè)電路中，基極由行選擇線控制，發(fā)射極與列線之間形成一條鎳鉻合金薄膜制成的除可編程的只讀存儲(chǔ)器(EPROM)(1)EPROM工作原理。EPROMMOS了一個(gè)浮置在漏極和襯底、漏極和源極間加上+12V電壓，使絕緣層的包圍，注入的電荷無(wú)法泄露，相當(dāng)于管子的開(kāi)啟電壓提高，控制柵上加上正向電壓 V，ROM存儲(chǔ)信息為“0”。100計(jì)算機(jī)組成原理用壽命。(2)EPROM例子。MA12~A0：地址線13根，輸入，連地址總線。 D7~D0：數(shù)據(jù)線8根，編程時(shí)作數(shù)據(jù)輸入，讀出時(shí)為數(shù)據(jù)輸出，連數(shù)據(jù)總線。 CE，作芯片片選。OE平有效。PGM脈沖控制端，輸入，接編程控制信號(hào)。除原理完全不同，其柵極氧化層比較薄，所以可以用電來(lái)實(shí)現(xiàn)信息擦除。EEPROM4-1VPP D7~D0式V平平出+21VTTL電平入除方式+21V平TTL電平TTL電平方式+21V平+9~+15VTTL電平 101在需要周期性地修改存儲(chǔ)信息的應(yīng)用場(chǎng)合，F(xiàn)lashMemory是一個(gè)極為理想的器件。它在控系統(tǒng)及單片機(jī)系統(tǒng)中得到了大量應(yīng)用。4.4主存儲(chǔ)器與CPU的連接的容量是有限的，它在字?jǐn)?shù)或字長(zhǎng)方面與實(shí)際存儲(chǔ)器的要求都有很和字位同時(shí)擴(kuò)展三種方式。(1)位擴(kuò)展。位擴(kuò)展指的是用多個(gè)存儲(chǔ)芯片對(duì)存儲(chǔ)器字長(zhǎng)進(jìn)行擴(kuò)充，它的連接方式是將D7~D4，另一片的數(shù)據(jù)線作為低4位D3~D0。(2)字?jǐn)U展。字?jǐn)U展指的是增加存儲(chǔ)器中字的數(shù)量。靜態(tài)存儲(chǔ)器進(jìn)行字?jǐn)U展時(shí)，將各芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制線相應(yīng)并聯(lián)，而由片選信號(hào)來(lái)區(qū)分各芯片的地址范圍。如圖 DRAM存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖可知，行地址鎖存是由RAS的下降沿激發(fā)的行時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)的，列地址 “1”變“0”時(shí)，才會(huì)激發(fā)出行時(shí)鐘，存儲(chǔ)器才會(huì)工作。102計(jì)算機(jī)組成原理(3)字位同時(shí)擴(kuò)展。字位擴(kuò)展是指既增加存儲(chǔ)字的數(shù)量，又增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)。一個(gè)存儲(chǔ)器的容量為M×N位，若使用L×K位的存儲(chǔ)器芯片，那么，需要的芯片個(gè)數(shù)為(M/L)× NK個(gè)。AACPU址線為16位A15~A0，1K×4位的存儲(chǔ)芯片僅有10根地址線A9~A0，此時(shí)可將CPU的低位地址A9~A0與存儲(chǔ)芯片地址線A9~A0直接相連。(2)數(shù)據(jù)線的連接。CPU的數(shù)據(jù)線與存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線條數(shù)也不一定相同。此時(shí)，必須 103(3)讀/寫命令線的連接。CPU通常提供有讀/寫命令線，一般可與存儲(chǔ)芯片的讀/寫控制時(shí)，CPU發(fā)出的讀/寫命令盡管被所有的芯片都接收到，但只有片選有效的芯片才能進(jìn)。 器是由許多存儲(chǔ)芯片疊加組成的，哪一片被選中完全取決于該芯片的片選控制端CSQ存儲(chǔ)器的片選信號(hào)。(5)合理選擇存儲(chǔ)芯片。合理選擇存儲(chǔ)芯片主要是指存儲(chǔ)芯片類型和數(shù)量的選擇。通常片數(shù)量時(shí)，要盡量使連線簡(jiǎn)單方便。在實(shí)際的應(yīng)用中，兩者的互連還會(huì)有時(shí)序配合的問(wèn)題、速度問(wèn)題、負(fù)載問(wèn)題等，本書(shū)中CPUKWE如圖4-27所示。。104計(jì)算機(jī)組成原理AA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0(字節(jié))000000000000H001111111111000000000400H111111111111H用WR作讀/寫控制信號(hào)(高電平為讀，低電平為寫)。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：1K×4位RAM；PU(1)主存地址空間分配：6000H~67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)；6800H~6BFFH為用戶程序區(qū)。(2)合理選用上述芯片，說(shuō)明各選幾片。(3)詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。0110000000000000系統(tǒng)程序區(qū)………………01100111111111110110100000000000用戶程序區(qū)………………0110101111111111(2)根據(jù)地址范圍的大小以及該區(qū)域在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用，選擇存儲(chǔ)芯片。對(duì)6000H~(3)分配CPU的地址線。將CPU的低11位地址線A10~A0與2K×8位的ROM地址 105KKRAMKK 106計(jì)算機(jī)組成原理AAA6A5A4AA2A1A00000000000000000H000111111111111100100000000000002000H0101111111111111H4K*81111000000000000F000H1111111111111111FFFFH4.5高性能存儲(chǔ)器介紹4.5.1提高主存性能的措施隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，處理的信息量越來(lái)越多，對(duì)存儲(chǔ)器的工作速度和容量存的這些性能呢？主存性能的方法比較多，在此分別予以介紹。度的提高，可以采用以下幾種方法：MOS型存儲(chǔ)器的短，MOS型存儲(chǔ)器的存取時(shí)間幾乎是雙極型存儲(chǔ)器存取時(shí)間的10的存儲(chǔ)器芯片出現(xiàn)。用，擴(kuò)大字長(zhǎng)，以提高主存頻寬。假定一個(gè)存儲(chǔ)器芯片的字長(zhǎng)n使得在一個(gè)存取周期內(nèi)，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)字的讀或?qū)?。此方法介紹。2．提高主存容量的對(duì)策 107主存可靠性的對(duì)策半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因會(huì)使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)或傳送發(fā)生差錯(cuò)，在現(xiàn)代的器時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種計(jì)算處理產(chǎn)生一種代碼(即校驗(yàn)碼)，這種代碼同數(shù)據(jù)同時(shí)被存加了硬件的開(kāi)銷。然后在將原存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀出時(shí)，將讀出的N位數(shù)據(jù)再次產(chǎn)生一組代碼，并與(1)比較相同，未檢測(cè)到錯(cuò)誤，將讀出的數(shù)據(jù)傳送出去。(2)比較不相同，檢測(cè)到錯(cuò)誤，而且錯(cuò)誤可以糾正，則將數(shù)據(jù)位和糾錯(cuò)位一起發(fā)送給糾的正確的數(shù)據(jù)再發(fā)送出去。(3)比較不相同，檢測(cè)到錯(cuò)誤，但錯(cuò)誤不可以糾正，這時(shí)則報(bào)告錯(cuò)誤。存儲(chǔ)過(guò)程或并行傳送過(guò)程常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)編碼有奇偶校驗(yàn)碼和海明校驗(yàn)碼，串行傳送過(guò)見(jiàn)第三章)。由于集成電路存儲(chǔ)器芯片的可靠性是很高的，所以在計(jì)算機(jī)中，所謂存儲(chǔ)器可靠性的含。存儲(chǔ)保護(hù)主要包括兩個(gè)方面：存儲(chǔ)區(qū)域保護(hù)和訪問(wèn)方式的保護(hù)。(1)存儲(chǔ)區(qū)域保護(hù)。對(duì)于主存系統(tǒng)可采用界限寄存器方式。由系統(tǒng)軟件經(jīng)特權(quán)指令設(shè)置頁(yè)表保護(hù)中每個(gè)程序都有自己的頁(yè)表和段表，段表和頁(yè)表本身都有自己的保護(hù)功能，無(wú)，也只能影響到相應(yīng)的幾個(gè)主存頁(yè)面。鍵保護(hù)方式的基本思想是為主存的每一頁(yè)配一個(gè)鍵，稱為存儲(chǔ)鍵，它相當(dāng)于一把鎖，由與存儲(chǔ)鍵相比較。若兩鍵相符，則允許訪問(wèn)該頁(yè)，否則拒絕訪問(wèn)。環(huán)狀保護(hù)方式可以對(duì)正在執(zhí)行的程序本身進(jìn)行保護(hù)，它按系統(tǒng)程序和用戶程序的重要性取數(shù)據(jù)時(shí)，用現(xiàn)行環(huán)號(hào)和目的環(huán)號(hào)進(jìn)行比較來(lái)決定能否進(jìn)行相應(yīng)的操作。108計(jì)算機(jī)組成原理形成的邏輯組合。訪問(wèn)方式保護(hù)可以和上述區(qū)域保護(hù)結(jié)合起來(lái)使用。例如，在界限寄存器中加入一位訪問(wèn)可增強(qiáng)保護(hù)的靈活性。M雙端口存儲(chǔ)器是由于同一個(gè)存儲(chǔ)器具有兩組相互獨(dú)立的讀寫控制線路而得名。它可以進(jìn)都需要直接訪問(wèn)的同一個(gè)存儲(chǔ)器或者緩沖器之類的器件。址線(A0~A10)、數(shù)據(jù)線(IO0~IO15)和控制線(R/W，CE，OE，BUSY)，因而可以對(duì)RBUSY標(biāo)志。在這種情況下，片上的判斷邏輯可以決定對(duì)哪個(gè)端口優(yōu)先進(jìn)行讀寫操作，而對(duì)另一個(gè)被延遲的端口置BUSY標(biāo)志(BUSY變?yōu)榈碗娖?，即暫時(shí)關(guān)閉此端口。換句話說(shuō)，讀寫操作對(duì)BUSY變?yōu)榈碗娖降亩丝谑遣黄鹱饔玫摹Ｒ坏﹥?yōu)先端口完成讀寫操作，才將被延遲端口的BUSY標(biāo)志復(fù)位，開(kāi)放此端口，允許延遲端口進(jìn)行存取。2．多模塊交叉存儲(chǔ)器多模塊交叉存儲(chǔ)器指用多個(gè)存儲(chǔ)體交叉編址組成的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)體有相同的容量和，各自有獨(dú)立的地址寄存器、地址譯碼器、驅(qū)動(dòng)電路和讀寫電路、數(shù)據(jù)寄存器等。(存 109地址字段指向相應(yīng)的模塊內(nèi)部的存儲(chǔ)字。這樣，連續(xù)地址分布在相鄰的不同模和讀取，那么，這種編址方式將大大提高主存的有效訪問(wèn)速度。號(hào)地址序號(hào)M0M1M2M3存儲(chǔ)體經(jīng)交叉編址后，可以在不改變每個(gè)模塊存取周期的前提下，提高存儲(chǔ)器的帶寬。單叉訪問(wèn)各體，最終在一個(gè)存取周期內(nèi)，實(shí)際上向CPU提供了4個(gè)存儲(chǔ)字，大大加寬了存儲(chǔ)器，決定主存究竟與哪個(gè)部件交換信息，要由存儲(chǔ)器控制部件來(lái)控制。4.5.3DRAM技術(shù)的發(fā)展DRAM通常作為計(jì)算機(jī)的內(nèi)存使用，近些年得到了快速的發(fā)展。110計(jì)算機(jī)組成原理(選擇行線和列線，讀出信號(hào)放大并送到輸出緩沖器等)，此時(shí)處理器只能等待，因而SDRAM據(jù)傳送是同步的，在系統(tǒng)時(shí)鐘控制下，處理內(nèi)部操作。在此期間，處理器可以去進(jìn)行其他工作，而不必等待。后就可以在數(shù)據(jù)輸出引腳上獲得這些數(shù)據(jù)。SDRAM有幾種不同的操作模式，可以通過(guò)向模式寄存器中寫入控制信息來(lái)選擇這些模數(shù)據(jù) 鐘周期內(nèi)被放到數(shù)據(jù)線上，所有的操作由時(shí)鐘信號(hào)的上升沿觸發(fā)。 存儲(chǔ)器通常使用2到3個(gè)時(shí)鐘周期(圖中用2個(gè))激活選中的行。然后，列地址在CAS信號(hào)，第一組數(shù)據(jù)被放到數(shù)據(jù)線上。然后SDRAM自動(dòng)增加列據(jù)放到數(shù)據(jù)線上。 111SDRAM路，其中一個(gè)部分是刷新計(jì)數(shù)器，提供要刷新的行地址。MHzMHz因此各主要存儲(chǔ)器芯片生數(shù)據(jù)速率同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DDRSDRAM)SDRAM時(shí)鐘信號(hào)的兩個(gè)邊沿傳輸數(shù)據(jù)，因此在脈沖串傳輸時(shí)，為了能以足夠高的速率訪問(wèn)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器單元陣列被組織成兩個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體都上傳輸?shù)膬蓚€(gè)字。3．RambusDRAM(RDRAM)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的有效帶寬不僅僅依賴于存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)，還依賴于連接到處理器的連線加數(shù)據(jù)線，但是這樣會(huì)導(dǎo)致總線變寬。過(guò)寬的總線成本很高，并且需要占用主板上很大的空間。另一個(gè)可用的辦法是實(shí)現(xiàn)一個(gè)較窄但是速度很快的總線。Rambus公司采用了這種辦法，他們開(kāi)發(fā)了一種自己的設(shè)計(jì)方案，此可以實(shí)現(xiàn)更快的傳輸速度。微分信號(hào)和高傳輸速率需要在設(shè)計(jì)通訊連接線時(shí)使用特殊的技術(shù)，這種需求增加了拓寬號(hào)設(shè)計(jì)特別的電路接口。Rambus提供了設(shè)計(jì)這種線路的Rambus需要特別設(shè)計(jì)的芯片，這些芯片使用基于標(biāo)準(zhǔn)DRAM技術(shù)的存儲(chǔ)單元陣列，使M許址線。前些年的微機(jī)主存市場(chǎng)是這三種存儲(chǔ)器的三分天下，近兩年來(lái)，DDR存儲(chǔ)器已經(jīng)完全取陷。112計(jì)算機(jī)組成原理4.6高速緩沖存儲(chǔ)器4.6.1程序訪問(wèn)的局部性往會(huì)被多次調(diào)用(如子程序、循環(huán)程序和一些常數(shù))。這種一定時(shí)間內(nèi)對(duì)局部范圍的存訪問(wèn)，而對(duì)此范圍以外的地址則訪問(wèn)甚少的現(xiàn)象就稱為程序訪問(wèn)的局部性。根據(jù)這一原理，很容易設(shè)想，只要將CPU近期要用到的程序和數(shù)據(jù)，提前從主存送到Cache，那么就可以做到CPU在一定的時(shí)間內(nèi)不必從主存儲(chǔ)器取指令和數(shù)據(jù)，而只需要訪問(wèn)存，因此能很好地解決速度和成本的矛盾。4.6.2Cache的基本工作原理 113Cache加有一個(gè)標(biāo)記，指明它是主存的哪一塊信息的副本，所以該標(biāo)記．Cache的設(shè)計(jì)要素(1)Cache的容量：在設(shè)計(jì)Cache時(shí)，從價(jià)格的角度考慮，我們希望Cache的容量足夠的，但隨著芯片價(jià)格的下降，Cache的容量還是不斷增大。(2)塊的大?。褐鞔婧虲ache都劃分了同樣大小的塊，塊的大小也稱為塊長(zhǎng)，Cache的(3)Cache的映像：由于Cache的數(shù)據(jù)塊比主存的數(shù)據(jù)塊要少得多，因此需要一種算法Cache前，需要考慮這塊數(shù)據(jù)駐留Cache期間是對(duì)主存內(nèi)相應(yīng)的塊作修改，常見(jiàn)的寫策略有通寫和回寫等方法。(6)Cache數(shù)目。Cache剛剛出現(xiàn)時(shí)，通常系統(tǒng)只有一個(gè)Cache，近年來(lái)普遍采用多個(gè)114計(jì)算機(jī)組成原理PUCache在芯片內(nèi)，容量一般都不大，這樣也降低了系統(tǒng)的性能，此時(shí)可Cache況下，統(tǒng)一Cache可以有較高的利用率。因?yàn)樵趫?zhí)行不同程序4.6.3Cache與主存的地址映像方式e下面介紹幾種基本地址映像方式，它們是直接映像、全相聯(lián)映像和組相聯(lián)映像等。為了j=imod2cjCachei主存的字塊號(hào)。在這種映像關(guān)系中，主存的第0塊，第c直接映像的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只需要利用主存地址按某些字段直接判斷，即可確定所需mct存字塊標(biāo)記，又稱區(qū)地址，是記錄在相應(yīng)Cache為“1”時(shí)，它表明該數(shù)據(jù)塊是主存哪一塊數(shù)據(jù)的副本。Cache在e改置成“1”。t的一個(gè)Cache存儲(chǔ)器 115了命中率。2．全相聯(lián)映像8所示。它允許主存中的每一相聯(lián)映像組相聯(lián)映像方式是直接映像和全相聯(lián)映像方式的一種折中方案。組相聯(lián)映像Cachecrcc′+r。116計(jì)算機(jī)組成原理modcrkkr組間為直接映像，而組內(nèi)的字塊為全相聯(lián)映像方式。加了映像的靈活性，提高了命中率。e較現(xiàn)實(shí)的。4.6.4Cache的替換算法與寫策略新的字塊調(diào)入Cache存儲(chǔ)器時(shí)，如果遇到Cache存儲(chǔ)器中相應(yīng)的位置已被換部件加以實(shí)現(xiàn)。常用的替換算法有以下幾種：(1)隨機(jī)替換算法。這種替換的原則是需要替換Cache塊時(shí)，用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生需替用情況的替換算法要差些，實(shí)際很少使用。(2)先進(jìn)先出(FIFO)算法。FIFO算法的原則是每次需要替換塊的時(shí)候，將最先裝入Cache中的塊替換掉。FIFO用循環(huán)或環(huán)形緩沖技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)，不需要隨時(shí)記錄各字塊的使 117是可能將一些經(jīng)常被用到的程序作為最早裝入的塊替換掉。(3)近期最少使用(LRU)算法。這種算法是把近期最少使用的字塊替換出去，為了確這是實(shí)際中最常采用的一種算法，一般來(lái)說(shuō)，最近使用的存儲(chǔ)內(nèi)容很有可能再被使用，CacheCache引用一次，Cache寫策略達(dá)，或?qū)懲ㄟ^(guò))，這種策略的原理是所有的寫操作都對(duì)主存儲(chǔ)，所以會(huì)增加訪問(wèn)次數(shù)，降低系統(tǒng)性能。e的單元根本就不在Cache存儲(chǔ)器時(shí)，寫操作直接雖然各種可行的寫策略對(duì)性能和代價(jià)都有考慮，不過(guò)寫策略還是存在兩個(gè)方面的問(wèn)題。IO獨(dú)立的Cache且共享主存儲(chǔ)器，此時(shí)可采用“修改/排4.6.5Cache應(yīng)用舉例Bm118計(jì)算機(jī)組成原理m從圖中可以看到，Pentium的核心執(zhí)行單元為兩個(gè)可以并行執(zhí)行的整型算術(shù)邏輯單元和它自己的寄存器，還有加、乘、除運(yùn)算部件的浮點(diǎn)單元，而突出的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)Cache的布局結(jié)構(gòu)。其中數(shù)據(jù)Cache用于提供數(shù)據(jù)給整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)操作，它有兩個(gè)32位的端口，分別與持整型ALU和浮點(diǎn)操作。而另一個(gè)指令Cache為只讀存儲(chǔ)器，從它讀出代碼，然后直接送到預(yù)取指令緩沖區(qū)。Cache算法是近期最少使用(LRU)算法，所以每組設(shè)置有一個(gè)LRU位相關(guān)每組中的兩個(gè)塊，表示塊的使用情況。heK4.7虛擬存儲(chǔ)器4.7.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念虛擬存儲(chǔ)器只是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器，它來(lái)使用。 119虛擬存儲(chǔ)器不僅是解決存儲(chǔ)容量和存取速度矛盾的一種方法，而且也是管理存儲(chǔ)設(shè)備的用戶編程的地址稱為虛地址或邏輯地址，實(shí)際的主存單元地址稱為實(shí)地址或物理地址。實(shí)地址大得多。在實(shí)際的物理存儲(chǔ)層次上，所編程序和數(shù)據(jù)在操作系統(tǒng)管理下，先送入磁盤，然后操作程序運(yùn)行時(shí)，CPU以虛地址來(lái)訪問(wèn)主存，由輔助軟硬件找出虛地址和實(shí)地址之間的對(duì)應(yīng)變換得到主存實(shí)地址，CPU可直接訪問(wèn)主存的實(shí)際單元；如果不在主存中，則把包含這個(gè)字PU管理軟件的系統(tǒng)程序員來(lái)說(shuō)是不透明的，對(duì)于應(yīng)用程序員來(lái)說(shuō)是透明的。次的信息傳送單位可采用幾種不同的方案：段、頁(yè)或段頁(yè)式。段起點(diǎn)、段長(zhǎng)等。段表本身也是主存儲(chǔ)器的一個(gè)可再定位段。把主存按段分配的存儲(chǔ)管理方式稱為段式管理。段式管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是段的分界與程序零碎存儲(chǔ)空間不好利用，造成浪費(fèi)。頁(yè)式管理系統(tǒng)的基本信息傳送單位是定長(zhǎng)的頁(yè)。主存的物理空間被劃分為等長(zhǎng)的固定區(qū)護(hù)和共享都不及段式方便。段式存儲(chǔ)管理和頁(yè)式存儲(chǔ)管理各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此可以采用分段和分頁(yè)相結(jié)合的段頁(yè)式(每段一個(gè)頁(yè)表)進(jìn)行兩級(jí)定位管理。4.7.2段式虛擬存儲(chǔ)器在段式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，段是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的，各個(gè)段的長(zhǎng)度因程序而異。120計(jì)算機(jī)組成原理為了把虛擬地址變換成實(shí)主存地址，需要一個(gè)段表，段表實(shí)際上是程序的邏輯結(jié)構(gòu)段與中的實(shí)際存放位置之間的關(guān)系對(duì)應(yīng)表。段表中裝入位為“1”表示該段已調(diào)入主存，該段不在主存中；段的長(zhǎng)度可大可小，所以段表中需要有長(zhǎng)度指示。在訪問(wèn)某需要時(shí)再調(diào)入主存。但一般是駐留在主存中。段式虛擬存儲(chǔ)器的地址變換過(guò)程如下：CPU根據(jù)虛地址訪存時(shí)，首先將段號(hào)與段表的起主存實(shí)地址。4.7.3頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器在頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，把虛擬空間分成頁(yè)，稱為邏輯頁(yè)；主存空間也分成同樣大小的程序虛地址分為兩個(gè)字段：高位字段為虛頁(yè)號(hào)，低位字段為頁(yè)內(nèi)地址。虛地址到實(shí)地址在頁(yè)表中，對(duì)應(yīng)每一個(gè)虛存頁(yè)號(hào)有一個(gè)表目，表目?jī)?nèi)容至少要包含該虛頁(yè)所在的主存頁(yè)還包括由裝入位(有效位)、修改位、替換控制位及其他保護(hù)位等 121修改過(guò)，替換時(shí)是否要寫回輔存。替換控制位指出需替換的頁(yè)等。4.7.4段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器在段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，把程序按邏輯結(jié)構(gòu)分段后，再把每段分成固定大小的頁(yè)。程序122計(jì)算機(jī)組成原理CPU訪問(wèn)時(shí)，虛地址包含段號(hào)、段內(nèi)頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)地址3部分。首先將段表起始地址與段；最后從頁(yè)表中取出實(shí)頁(yè)號(hào)，與頁(yè)內(nèi)地址拼接形成主存實(shí)地址?？梢钥闯觯雾?yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)由虛擬地址向?qū)嵵鞔娴刂返淖儞Q過(guò)程中至少要查兩次表 變換過(guò)程的速度，一般會(huì)在其中設(shè)置快表。另外，對(duì)段進(jìn)行劃是頁(yè)長(zhǎng)的整數(shù)倍，段的起點(diǎn)必須是某一頁(yè)的起點(diǎn)。假設(shè)頁(yè)表是保存在主存儲(chǔ)器中，那么在訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，首先要查頁(yè)表，即使頁(yè)面命中，如果頁(yè)面失效，要進(jìn)行頁(yè)面替換、頁(yè)面修改，訪問(wèn)主存次數(shù)就更多了。要想提高虛存系統(tǒng)訪問(wèn)的速度，必須加快查表的速度。由于程序在執(zhí)行過(guò)程中具有局部查表時(shí)，由虛頁(yè)號(hào)同時(shí)去查快表和慢表，當(dāng)在快表中有此虛頁(yè)號(hào)時(shí)，就能很快地找到對(duì)表，替換快表中某一行內(nèi)容?？毂肀软?yè)表小得多，一般在16~64行之間，只是慢表的小小的副本。用按內(nèi)容查找的相聯(lián)存儲(chǔ)器并行查找，是可供選擇的一種技術(shù)途徑(相聯(lián)存儲(chǔ)器內(nèi)容參見(jiàn)附錄3)。 1234.8輔助存儲(chǔ)器介紹4.8.1輔存概述光存儲(chǔ)器兩大類。磁表面存儲(chǔ)器是將磁性材料沉積在盤片(或帶)的基體上形成記錄介質(zhì)，并以繞有線圈體，一般為聚脂薄膜材料。用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光存儲(chǔ)器主要是光盤(opticaldisk)，光盤是利光特性的介質(zhì)表面存儲(chǔ)和讀取信息的。輔助存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)是存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、尋址時(shí)間等，下面結(jié)合磁表面存儲(chǔ)。(1)存儲(chǔ)密度。存儲(chǔ)密度是指單位長(zhǎng)度或單位面積磁層表面所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。磁度和位密度來(lái)表示，也可以用兩者的乘積——面密度表示。磁道是沿著磁帶長(zhǎng)度方向的直線，存儲(chǔ)密度主要用位密度來(lái)衡量。(2)存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)容量指磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量，一般用字節(jié)作為器為例，存儲(chǔ)容量可按下式計(jì)算：NKS代碼數(shù)。磁盤存儲(chǔ)器有格式化容量和非格式化容量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。非格式化容量是磁記錄表面可以利真正可以使用的容量，它一般為非格式化容量的60%~70%。(3)尋址時(shí)間。磁盤存儲(chǔ)器的尋址時(shí)間包括兩部分：一是磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道Ts需要讀寫的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到它的下方所需要的等待時(shí)間Tw。由于尋找相鄰磁道和從最外面磁道找到最里面磁道所需的時(shí)間不同，磁頭等待不同區(qū)段所花的時(shí)間也不同，因此，取它們的平均值，稱作平均尋址時(shí)間Ta，它由平均找道時(shí)間TsaTa=Tsa+Twa=((Tsmax+Tsmin)/2)+((Twmax+Twmin)/2)(4)數(shù)據(jù)傳輸率。磁表面存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)，叫124計(jì)算機(jī)組成原理此外，輔存和主機(jī)的接口邏輯應(yīng)有足夠快的傳送速度，用來(lái)完成接收/發(fā)送信息，以利主輔存之間的傳送正確無(wú)誤。(5)誤碼率。誤碼率是衡量磁表面存儲(chǔ)器出錯(cuò)概率的參數(shù)，它等于從輔存讀出時(shí)，出錯(cuò)。4.8.2磁記錄原理與記錄方式過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成讀寫操作。質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，就可將二進(jìn)制數(shù)字序列轉(zhuǎn)化為介質(zhì)表面的磁化單元序列。(a)寫入(b)讀出讀出時(shí)，記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過(guò)，不論磁化單元是哪一種剩磁狀態(tài)，磁頭和介質(zhì)的2．磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式磁記錄方式是一種編碼方式，它是按某種規(guī)律，將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁表面相4-46所示。磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一方向的飽和磁化狀態(tài)。在兩位信息之間，線圈里的電流為制的特點(diǎn)。 125(3)見(jiàn)“1”就翻的不歸零制(NRZ1)。和不歸零制一樣，記錄信息時(shí)，磁頭線圈中始之處在于：流過(guò)磁頭的電流只有在記錄“1”時(shí)變化方向，使磁層磁化方方向不變，磁層保持原來(lái)的磁化方向。(4)調(diào)相制(PM)。調(diào)相制又稱為相位編碼(PE)，它是利用兩個(gè)相位相差180度的磁據(jù)“1”時(shí)從正變?yōu)樨?fù)。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上“1”或“0”時(shí)，為述原則，在位周期起始處也要翻轉(zhuǎn)一次。頻制(FM)。調(diào)頻制的記錄規(guī)則是，記錄“1”時(shí)，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化位與位之間也必須翻轉(zhuǎn)。記錄“0”時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，但位與位此又稱“倍頻制”。(6)改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)。這種記錄方式基本上與調(diào)頻制相同，即記錄數(shù)據(jù)“1”時(shí)在位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個(gè)位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)。4.8.3硬磁盤存儲(chǔ)器與磁盤陣列磁盤存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最主要的外存設(shè)備，和其他外存相比，它具有速度快、容量BM很大的發(fā)展。硬磁盤存儲(chǔ)器種類很多，結(jié)構(gòu)各異，性能差別很大。按磁頭的工作方式可分成移動(dòng)頭磁磁盤的可換與否可分成可換盤存儲(chǔ)器和固儲(chǔ)器。移動(dòng)頭磁盤存儲(chǔ)器存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭在磁盤盤面上徑向移動(dòng)，磁頭與盤面不接觸，且隨氣126計(jì)算機(jī)組成原理頭。固定頭磁盤存儲(chǔ)器的磁頭位置固定，磁盤的每一個(gè)磁道都對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片也不可更(a)移動(dòng)磁頭(b)固定磁頭可換盤存儲(chǔ)器是指磁盤不用時(shí)可以從驅(qū)動(dòng)器中取出脫機(jī)保存。這種磁盤可以在兼容的磁換數(shù)據(jù)，便于擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。這種結(jié)構(gòu)的磁盤存儲(chǔ)器稱為溫徹斯特磁盤(Winchesterdisk)。IBM公司靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。2．硬磁盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)盤驅(qū)動(dòng)器、磁盤控制器和盤片組成。磁盤驅(qū)動(dòng)器為主機(jī)外一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，也稱為磁盤機(jī)，它主要包括主軸、定位驅(qū)動(dòng)及數(shù)目標(biāo)磁道。數(shù)據(jù)控制部分主要完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及讀寫控制操作。磁盤控制器是主機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，它的作用是實(shí)現(xiàn)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)稱為設(shè)備控制器，它接收主機(jī)的命令以控制設(shè)備的各種操作。盤片是存儲(chǔ)信息的載體。硬磁盤一般以鋁合金材料作基片，在它的表面涂敷一層磁介質(zhì)48所示，每個(gè)磁道的周長(zhǎng)不等，內(nèi)圈磁道周長(zhǎng)短，盤一般由多個(gè)盤片組成盤片組。 127盤的磁道記錄格式盤面的信息串行排列在磁道上，以字節(jié)為單位，若干相關(guān)的字節(jié)組成記錄塊，一系列的長(zhǎng)記錄格式兩種。n個(gè)盤片的磁盤組，可將其n個(gè)面上同一半徑的磁道看成就是磁道號(hào)，而磁頭號(hào)則是盤面號(hào)。盤面又分成若干扇區(qū)，每條磁道就被分割成若干個(gè)扇段。扇段是磁盤尋址的最小單位。用的磁盤地址應(yīng)由臺(tái)號(hào)/柱面磁道號(hào)/盤面號(hào)/扇段號(hào)等組成。標(biāo)志，指明是起始扇區(qū)。每個(gè)扇段的頭部是空白段，起到隧道清除作用。序標(biāo)段以某種約定代碼作為數(shù)據(jù)塊的引(2)不定長(zhǎng)記錄格式。在實(shí)際應(yīng)用中，信息常以文件形式存入磁盤。若文件長(zhǎng)度不是定128計(jì)算機(jī)組成原理利用記錄區(qū)。間隙G1是一段空白區(qū)，占36~72個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，其作用是使連續(xù)的磁道分成不同的區(qū)，以便GR道的狀況，不作為用4．磁盤陣列存儲(chǔ)器廉價(jià)冗余磁盤陣列(RedundentArrayOfInexpensiveDisk，簡(jiǎn)稱RAID)是用多臺(tái)磁盤存：(1)RAID由一組磁盤驅(qū)動(dòng)器組成，在操作系統(tǒng)中被看作一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器。(2)數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上。(3)冗余磁盤的容量用來(lái)存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)信息，這樣可以在磁盤損壞的情況下恢復(fù)信息。RAID0：(無(wú)冗余無(wú)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊)主機(jī)要求寫入數(shù)據(jù)時(shí)，RAID控制器將數(shù)據(jù)分成若，任一個(gè)硬盤介質(zhì)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)都無(wú)法恢復(fù)原數(shù)據(jù)信息。 129RAID1：(鏡像磁盤陣列)它把磁盤陣列中的硬盤分成相同的兩組，互為鏡像，當(dāng)任一個(gè)RAIDRAID不同硬盤負(fù)擔(dān)較重，從而產(chǎn)生新的瓶頸。案。4.8.4磁帶存儲(chǔ)器磁帶存儲(chǔ)器也屬于磁表面存儲(chǔ)器，其記錄原理和記錄方式與磁盤存儲(chǔ)器是相同的。但從帶存取時(shí)間比磁盤長(zhǎng)。磁帶存儲(chǔ)器是由磁帶和磁帶機(jī)兩部分組成。磁帶機(jī)是把信息記錄在磁帶上的設(shè)備，磁帶速磁帶機(jī)，帶速在2~3m/s的稱為中速磁帶機(jī)，帶速在2m/s以下的稱為低速磁帶機(jī)。按磁帶擺桿式和積帶箱式兩類。i的主要特點(diǎn)有以下三點(diǎn)：(1)高容量，低密度。磁帶機(jī)的主要特點(diǎn)是其記錄面積較其他磁記錄存儲(chǔ)器大得多，因(2)高可靠性。磁帶機(jī)采用寫后讀方式，寫入后隨即進(jìn)行讀出校驗(yàn)，以保證寫入的高可力，能對(duì)單道或者多道的突發(fā)出錯(cuò)進(jìn)行糾正。(3)互換性好。磁帶機(jī)的另一優(yōu)點(diǎn)是具有很好的向下兼容性，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。新型磁帶可將舊型磁帶機(jī)記錄的信息讀出，不同磁帶機(jī)記錄的磁帶可以互換。磁帶機(jī)的主要缺點(diǎn)是平均存取時(shí)間較長(zhǎng)，抗干擾能力較差。磁帶機(jī)采用順序存取工作方易進(jìn)內(nèi)，影響磁帶機(jī)工作的可靠性。2．磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)組件、走帶機(jī)構(gòu)和控制電路4個(gè)基本部分組成。磁帶是磁帶機(jī)、磁130計(jì)算機(jī)組成原理在數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)間內(nèi)，磁帶在磁頭下面作恒速運(yùn)動(dòng)。通過(guò)讀寫電路，磁頭對(duì)磁帶作寫入磁帶的運(yùn)動(dòng)是靠主輪驅(qū)動(dòng)的，其運(yùn)動(dòng)速度由主輪的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。磁帶從供帶盤輸出，由收帶盤速度，緩沖機(jī)構(gòu)也提供給磁帶一定的張力。寫入操作時(shí)，磁帶控制器先發(fā)出正向走帶命令，磁帶開(kāi)始正走，尋找指定的記錄位置，新的內(nèi)容。讀寫磁頭一邊寫入，一邊讀出，與控制器發(fā)來(lái)的信息進(jìn)行比較，校驗(yàn)寫入的內(nèi)容，背面的槽內(nèi)拉掉“寫入允許”環(huán)。讀出操作時(shí)，有正讀、反讀操作。讀出的信息經(jīng)放大、整形和校驗(yàn)后送出。如果有錯(cuò)，執(zhí)行均失敗后，才向系統(tǒng)報(bào)告為不可恢復(fù)的故障。的記錄格式由于磁帶的寬度、道數(shù)、記錄方式、附加信息不同，就構(gòu)成了不同的記錄格式。這里主與磁盤類似，磁帶上也有校驗(yàn)碼、地址碼、同步碼、間隙碼等附加信息。1/2英寸標(biāo)準(zhǔn)磁帶的記錄格式如圖4-51所示，由此圖可以看出，每盤磁帶設(shè)置有兩個(gè)標(biāo)志：一個(gè)是磁帶始端標(biāo)志BOT(beginningoftape)，另一個(gè)是磁帶末端標(biāo)志EOT(endoftape)。在1/2英寸帶上留有間隙G和g。磁帶上的信息一般以文件形式存儲(chǔ)。一盤磁帶可以記錄若干個(gè)文件，一個(gè)文件又分成若干個(gè)數(shù)據(jù)塊B。數(shù)據(jù)塊可以是固定長(zhǎng)度記錄，也可以是可變二進(jìn)制信息，其中8位是數(shù)據(jù)磁道，存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)，余下的一位是這個(gè)字節(jié)的奇偶校驗(yàn)位。在每一個(gè)數(shù)據(jù)塊B的內(nèi)部，沿著走帶方向，每一磁道還有CRC校驗(yàn)位和其他校驗(yàn)位。4.8.5光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器由光盤驅(qū)動(dòng)器和光盤片組成。光盤的記錄介質(zhì)采用磁光材料，驅(qū)動(dòng)器讀寫頭 131型、一次寫多次讀型和可重寫型三種。CDROM是：采用激光調(diào)制方式記錄信息，將信息以凹坑和凸坑的的形式記錄在盤是由母盤壓模制成，一旦復(fù)制成型，永久不變，用戶只能讀出信息。CDROM50KB/s稱為單速，現(xiàn)在市場(chǎng)上一些(2)一次寫多次讀光盤(WORM)。這種光盤可以由用戶寫入信息，寫入后可以多次讀入的信息不需修改的場(chǎng)合。(3)可重寫光盤?？芍貙懝獗P類似于磁盤，可以重復(fù)讀寫。從原理上有磁光記錄和相變，它利用浮動(dòng)磁光頭在盤上進(jìn)行磁場(chǎng)調(diào)制可進(jìn)行信息的高速重寫。與磁盤存儲(chǔ)器類似，光盤存儲(chǔ)器也是由盤片、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。驅(qū)動(dòng)器同樣有讀寫主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。與磁盤存儲(chǔ)器不同的是，光盤存儲(chǔ)器還有光學(xué)機(jī)構(gòu)。本章小結(jié)機(jī)存取存儲(chǔ)器和相聯(lián)存儲(chǔ)器等。132計(jì)算機(jī)組成原理RAM態(tài)RAM兩大類。靜態(tài)RAM用雙穩(wěn)態(tài)觸法有集中式刷新和分布式刷新兩種。(M/L)×(N/K)計(jì)算擴(kuò)展所需要的芯片個(gè)數(shù)。的存儲(chǔ)空間地址范圍緊密相關(guān)。(4)計(jì)