計(jì)算機(jī)組成原理第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)(四)課件

計(jì)算機(jī)組成原理第三章存儲(chǔ)系統(tǒng)(四)課件存儲(chǔ)系統(tǒng)概述主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器高速緩存文件系統(tǒng)contents目錄01存儲(chǔ)系統(tǒng)概述存儲(chǔ)系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令的硬件和軟件的集合。存儲(chǔ)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、指令以及程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的中間結(jié)果，支持計(jì)算機(jī)的快速讀寫、可靠存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)共享等功能。存儲(chǔ)系統(tǒng)的定義與作用作用定義可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)器等。按存儲(chǔ)介質(zhì)按存儲(chǔ)容量按讀寫方式可分為海量存儲(chǔ)器、大容量存儲(chǔ)器、小容量存儲(chǔ)器等?？煞譃橹蛔x存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、輸入輸出存儲(chǔ)器（I/O）等。030201存儲(chǔ)系統(tǒng)的分類存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能指標(biāo)指存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)的速度，通常以存取時(shí)間或讀寫周期來表示。指存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量和指令的數(shù)量，通常以字節(jié)（Byte）為單位。指存儲(chǔ)器的穩(wěn)定性和可靠性，包括數(shù)據(jù)的持久性、可靠性和可用性等。指存儲(chǔ)器的能耗，通常以功率或能量效率表示。存取速度存儲(chǔ)容量可靠性能耗02主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器的分類隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）可隨機(jī)讀寫任意地址的數(shù)據(jù)，存取速度較快，但斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失。只讀存儲(chǔ)器（ROM）只能讀取數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失?？扉W存儲(chǔ)器（FlashMemory）可擦除、可編程的存儲(chǔ)器，具有非易失性，讀寫速度快。相變存儲(chǔ)器（PCM）利用相變材料在電流作用下發(fā)生結(jié)晶和無定形狀態(tài)的變化來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器的組成地址寄存器讀寫控制電路用于存放要訪問的存儲(chǔ)單元的地址。用于控制數(shù)據(jù)的讀寫操作。存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)寄存器譯碼電路每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。用于存放要寫入或讀出的數(shù)據(jù)。用于將地址寄存器中的地址譯碼為對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元。當(dāng)需要讀取某個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)時(shí)，先由地址寄存器給出地址，然后譯碼電路將該地址譯碼為對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，接著數(shù)據(jù)寄存器將該存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)讀出并傳送到數(shù)據(jù)總線上。數(shù)據(jù)讀取當(dāng)需要將數(shù)據(jù)寫入某個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)，先由地址寄存器給出地址，然后譯碼電路將該地址譯碼為對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，接著數(shù)據(jù)寄存器將要寫入的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線上，最后通過讀寫控制電路將數(shù)據(jù)寫入該存儲(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)寫入主存儲(chǔ)器的工作原理03輔助存儲(chǔ)器軟盤存儲(chǔ)器是一種便攜式的輔助存儲(chǔ)器，使用柔軟的可涂覆的塑料片作為存儲(chǔ)介質(zhì)。它具有體積小、攜帶方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但存儲(chǔ)容量較小，讀寫速度較慢，已經(jīng)逐漸被淘汰。軟盤存儲(chǔ)器主要分為3.5英寸和5.25英寸兩種規(guī)格，常見容量有1.44MB和2.88MB等。軟盤存儲(chǔ)器它具有存儲(chǔ)容量大、讀寫速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的存儲(chǔ)設(shè)備之一。硬盤存儲(chǔ)器主要分為機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤兩種類型，其中機(jī)械硬盤主要由磁盤、馬達(dá)、磁頭等部分組成。硬盤存儲(chǔ)器是一種固定式的輔助存儲(chǔ)器，使用磁性材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)。硬盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器是一種光學(xué)存儲(chǔ)器，使用激光束和光敏材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)。它具有存儲(chǔ)密度高、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但讀寫速度較慢。光盤存儲(chǔ)器主要分為CD、DVD和藍(lán)光光盤等類型，常見容量有700MB、4.7GB和25GB等。光盤存儲(chǔ)器04高速緩存高速緩存的作用高速緩存是一種用于提高CPU訪問內(nèi)存速度的硬件設(shè)備，通過將常用的數(shù)據(jù)和指令存儲(chǔ)在高速緩存中，可以減少CPU直接訪問內(nèi)存的次數(shù)，從而提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。高速緩存的原理高速緩存采用局部性原理，即程序在訪問內(nèi)存時(shí)存在一定的局部性，包括時(shí)間局部性和空間局部性。時(shí)間局部性是指程序中訪問某個(gè)內(nèi)存地址后，在不久的將來可能會(huì)再次訪問該地址；空間局部性是指程序中訪問某個(gè)內(nèi)存地址時(shí)，可能會(huì)同時(shí)訪問其附近的內(nèi)存地址。高速緩存利用這種局部性原理，將常用的內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高速緩存中，從而加快CPU對(duì)內(nèi)存的訪問速度。高速緩存的作用與原理高速緩存的分類根據(jù)數(shù)據(jù)在高速緩存中的存放方式，高速緩存可以分為直連式高速緩存和組相連高速緩存。直連式高速緩存中，每個(gè)緩存塊可以存放任意數(shù)據(jù)；組相連高速緩存中，每個(gè)緩存塊只能存放具有相同組地址的數(shù)據(jù)。高速緩存的組織高速緩存的組織通常采用分級(jí)結(jié)構(gòu)，分為L(zhǎng)1、L2、L3等各級(jí)別。各級(jí)別的高速緩存根據(jù)其離CPU的距離和容量大小進(jìn)行組織，離CPU越近的高速緩存容量越小，但訪問速度越快；離CPU越遠(yuǎn)的高速緩存容量越大，但訪問速度相對(duì)較慢。高速緩存的分類與組織由于高速緩存的容量有限，當(dāng)新的數(shù)據(jù)需要被加載到高速緩存中時(shí)，如果已經(jīng)存在一些數(shù)據(jù)，就需要選擇一些數(shù)據(jù)進(jìn)行替換。這個(gè)替換數(shù)據(jù)的選擇策略就稱為替換策略。替換策略的概念常見的替換策略有最近最少使用（LRU）策略和先進(jìn)先出（FIFO）策略。LRU策略將最近最少使用的數(shù)據(jù)替換掉；FIFO策略則將最先進(jìn)入高速緩存的數(shù)據(jù)替換掉。此外，還有一些更復(fù)雜的替換策略，如隨機(jī)替換、二路替換等。常見的替換策略高速緩存的替換策略05文件系統(tǒng)定義文件系統(tǒng)是一種用于存儲(chǔ)和管理文件數(shù)據(jù)的軟件機(jī)制，它提供了一種組織、存儲(chǔ)、檢索和訪問文件的方式。作用文件系統(tǒng)為操作系統(tǒng)提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口，使得應(yīng)用程序可以方便地訪問文件數(shù)據(jù)，同時(shí)提供了數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)完整性等功能。文件系統(tǒng)的定義與作用文件系統(tǒng)由文件、目錄、索引節(jié)點(diǎn)、磁盤空間等組成。組成文件系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)來組織文件和目錄，根目錄是最頂層的目錄，其他目錄和文件都是根目錄的子節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)的操作與命令操作文