【正文】 計算機組成原理 第 10章 存儲系統(tǒng) 第 10章 存儲系統(tǒng) 存儲器概述 隨機讀寫存儲器 RAM 只讀存儲器和閃速存儲器 高速存儲器 Cache 存儲器 虛擬存儲器 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?評價存儲器性能的主要指標 ?存儲器分類 ?多層次存儲體系結(jié)構(gòu) 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?第一臺電子計算機用的是電子管觸發(fā)器； ?此后經(jīng)歷過： ?汞延遲線 ?磁帶 ?磁鼓 ?磁芯（ 1951年始） ?半導(dǎo)體 ?磁盤 — 光盤 — 納米存儲 汞延遲線 磁鼓 磁芯 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?主存的重要作用及主存器件發(fā)展史總結(jié)圖表： 輸入的數(shù)據(jù) 要輸出的數(shù)據(jù) 程序 中間數(shù)據(jù) 控制器 運算器 指令 數(shù)據(jù) 外設(shè) 外設(shè) 主 存 主存的重要作用圖示 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?主存的重要作用及主存器件發(fā)展史總結(jié)圖表： 時 代 元 件 存取周期 存儲容量 * 1 磁鼓等 12181。s 2K字節(jié) 2 磁芯 32K字節(jié) 3 磁芯 750m181。s 1M字節(jié) IC， LSI 320m181。s 8M字節(jié) 4 VLSI 312m181。s 128M字節(jié) 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?存儲器的容量進化 Bit(b) Byte(B) KiloByte(KB) MegaByte(MB) GigaByte(GB) TeraByte (TB) PetaByte(PB) ExaByte (EB) ZetaByte(ZB) YottaByte(YB) NonaByte(NB) DoggaByte (DB) 單位名稱 常規(guī)十進制表示 存儲器容量表示 K（ Kilo） 1K＝ 103＝ 1000 1K＝ 210＝ 1024 M（ Mega） 1M＝ 106＝ 103K 1M＝ 220＝ 210K＝ 1 048 576 G（ Giga） 1G＝ 109＝ 103M 1G＝ 230＝ 210M＝ 1 073 741 824 T（ Tera） 1T＝ 1012＝ 103G 1T＝ 240＝ 210G＝ 1 099 511 627 776 存儲器概述 ?存儲器的發(fā)展 ?存儲體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 ① 由主 輔二級結(jié)構(gòu)發(fā)展到多層次存儲體系結(jié)構(gòu)。 ② 主存由單體發(fā)展到多體交叉（并行）。 ③ 采用了虛擬存儲技術(shù)。 存儲器概述 ?評價存儲器性能的主要指標 ?人們最關(guān)心的存儲器的性能參數(shù)主要有 3個： ?容量、速度和價格 ?計算機的使用者希望存儲器的容量要大，速度要快，價格要便宜。 ?價格 ?存儲器的價格通常用每位的價格來表示， P=C/S ?C— 存儲芯片價格， S— 存儲芯片容量（ bits）。 ?容量越大、速度越快，價格就越高。 存儲器概述 ?評價存儲器性能的主要指標 ?速度 (1)存取時間 （ Memory Access Time）：孤立地考察某一次 R/W 操作所需要的時間，以 TA表示。即從向存儲器發(fā)出讀操作命令到數(shù)據(jù)從存儲器中讀出所經(jīng)歷的時間。 (2)存儲周期 （ Memory Circle Time）：連續(xù)啟動兩次獨立的訪問存儲器操作所需要的最小時間間隔，以 TM表示。又稱為訪問周期、存取周期、讀寫周期等。 (3)頻帶寬度 Bm： 單位時間內(nèi)能夠訪問到的數(shù)據(jù)個數(shù)，也叫做存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率： Bm=W/TM（位 /秒） ?W：每次 R/W 數(shù)據(jù)的寬度，一般等于 Memory字長。 ?TM—— 存儲周期。 ? 在以上 3個參數(shù)中， 存儲周期是最重要的參數(shù) ，它能夠全面反映存儲器的工作速度。 存儲器概述 ?存儲器分類 ?按存儲介質(zhì)分類：磁表面 /半導(dǎo)體存儲器 ?按存取方式分類：隨機 /順序存取（磁帶） ?按讀寫功能分類： ROM， RAM ?RAM：雙極型 /MOS ?ROM： MROM/PROM/EPROM/EEPROM ?按信息的可保存性分類：永久性和非永久性的 ?按存儲器系統(tǒng)中的作用分類：主 /輔 /緩 /控 存儲器概述 ?多層次存儲體系結(jié)構(gòu) ?主存的速度總落后于 CPU的需要，主存的容量總落后于軟件的需要。 ?為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。 存儲器概述 ?多層次存儲體系結(jié)構(gòu) 通用寄存器 Cache (SRAM) 主存 (DRAM， SRAM) 聯(lián)機外部存儲器 (磁盤等 ) 脫機外部存儲器 (磁帶、光盤存儲器等） CPU芯片內(nèi) 存儲容量越來越大，每位價格越來越便宜 訪問速度越來越快 主機內(nèi) 外部設(shè)備 隨機讀寫存儲器 RAM ?隨機讀寫存儲器 RAM按存儲元件在運行中能否長時間保存信息來分，有 靜態(tài)存儲器 和 動態(tài)存儲器 兩種。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 存儲元 ? 基本存儲元 是組成存儲器的基礎(chǔ)和核心，又叫記憶元件，它用來存儲一位二進制信息 0或 1。 ? 對于 SRAM而言，電路為觸發(fā)器結(jié)構(gòu)。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 存儲元 該電路工作原理 ? 它是由兩個 MOS反相器交叉耦合而成的觸發(fā)器，一個存儲元存儲一位二進制代碼，這種電路有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。 ? 設(shè) T1截止 T2導(dǎo)通，即 A點高電平， B點低電平，表示 “ 1”； ? T2截止 T1導(dǎo)通，即 A點低電平， B點高電平表示 “ 0”。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 存儲元 該電路工作原理 （ 1） 寫入 “ 1” ： 首先譯碼選中； 然后在 I/O線上輸入 高 電位，在I/O線上輸入 低 電位，開啟T5,T6,T7,T8四個晶體管把 高、 低 電位分別加在 A， B點，使 T1管 截止 ，使 T2管 導(dǎo)通 ，將 “ 1”寫入存儲元。 寫完成后譯碼線上高電位信號撤消，電路進入保持狀態(tài) 。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 存儲元 該電路工作原理 （ 1） 寫入 “ 0” ： 首先譯碼選中； 然后在 I/O線上輸入 低 電位，在I/O線上輸入 高 電位，開啟T5,T6,T7,T8四個晶體管把 低、 高 電位分別加在 A， B點，使 T1管 導(dǎo)通 ，使 T2管 截止 ，將 “ 0”寫入存儲元。 寫完成后譯碼線上高電位信號撤消，電路進入保持狀態(tài) 。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 存儲元 該電路工作原理 （ 2）讀出： 若某個存儲元被選中，則該存儲元的 T5,T6,T7,T8管均導(dǎo)通， A， B兩點與位線 D與 D相連存儲元的信息被送到 I/O與I/O線上。 I/O與 I/O線接著一個差動讀出放大器 ，從其電流方向可以判知所存信息是“ 1”還是 “ 0”。 （ 3）（存儲）保持狀態(tài) 。 隨機讀寫存儲器 RAM ? SRAM存儲器 —— 基本組成 ? 一個 SRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、地址譯碼電路和控制電路等組成。 存儲體 陣列 I/O電路及 R/W控制 電路 地址 譯碼 驅(qū)動 地址線 數(shù)據(jù)線 讀寫控