计算机组成原理（蒋本珊）第5章-出版社.ppt

第5章 存储系统是由几个容量、速度和价格各不相同的存储器构成的系统。设计一个容量大、速度快、成本低的存储系统是计算机发展的一个重要课题。本章重点讨论主存储器的工作原理、组成方式以及运用半导体存储芯片组成主存储器的一般原则和方法，此外还介绍了高速缓冲存储器和虚拟存储器的基本原理。 5.1 存储系统的组成 存储系统和存储器是两个不同的概念，下面首先介绍各种不同用途的存储器，然后讨论它们是如何构成一个存储系统的。 5.1.1 存储器分类 1.按存储器在计算机系统中的作用分类 (1)高速缓冲存储器 高速缓冲存储器位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据，以便CPU高速地使用它们。 5.1 存储系统的组成 (2)主存储器 用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地进行读写访问。 (3)辅助存储器 用来存放当前暂不参与运行的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息。CPU不能直接访问它。 5.1 存储系统的组成 2.按存取方式分类 (1)随机存取存储器RAM CPU可以对RAM单元的内容随机地读写访问。CPU对任何一个存储单元的读写时间是一样的，即存取时间是相同的。 (2)只读存储器ROM ROM可以看作RAM的一种特殊方式，存储器的内容只能随机读出而不能写入。 (3)顺序存取存储器SAM SAM的内容只能按某种顺序存取，存取时间与信息在存储体上的物理位置有关。 5.1 存储系统的组成 (4)直接存取存储器DAM 当要存取所需的信息时，第一步直接指向整个存储器中的某个小区域（如磁盘上的磁道），第二步在小区域内顺序检索或等待，直至找到目的地后再进行读写操作。 5.1 存储系统的组成 3.按存储介质分类 (1)磁芯存储器 利用两种不同的剩磁状态表示“1”或“0”。磁芯存储器的特点是信息可以长期存储，不会因断电而丢失；但磁芯存储器的读出是破坏性读出。 (2)半导体存储器 采用半导体器件制造的存储器，主要有双极型（TTL电路或ECL电路）存储器和MOS型存储器两大类。 5.1 存储系统的组成 (3)磁表面存储器 在金属或塑料基体上，涂复一层磁性材料，用磁层存储信息，常见的有磁盘、磁带等。 (4)光存储器 采用激光技术控制访问的存储器，如CD-ROM（只读光盘） 、WORM（CD-R，写一次多次读光盘） 、CD-RW（可读可写光盘）。 5.1 存储系统的组成 4.按信息的可保存性分类 断电后，存储信息即消失的存储器，称易失性存储器。断电后信息仍然保存的存储器，称非易失性存储器。 如果某个存储单元所存储的信息被读出时，原存信息将被破坏，则称破坏性读出。具有破坏性读出的存储器，每当一次读出操作之后，必须紧接一个重写（再生）的操作，以便恢复被破坏的信息。 如果读出时，被读单元原存信息不被破坏，则称非破坏性读出。 5.1 存储系统的组成 5.1.2 存储系统层次结构 为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾，通常把各种不同存储容量、不同存取速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的存储系统。 5.1 存储系统的组成 从CPU的角度来看，n种不同的存储器（M1～Mn）在逻辑上是一个整体。其中：M1速度最快、容量最小、位价格最高；Mn速度最慢、容量最大、位价格最低。整个存储系统具有接近于M1的速度，相等或接近Mn的容量，接近于Mn的位价格。在多级存储层次中，最常用的数据在M1中，次常用的在M2中，最少使用的在Mn中。 5.1 存储系统的组成 5.1 存储系统的组成 由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次。其中高速缓存和主存间称为Cache-主存存储层次（Cache存储系统）；主存-辅存存储层次（虚拟存储系统）。 5.1 存储系统的组成? Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。在Cache和主存之间，增加辅助硬件，让它们构成一个整体。从CPU看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，每位价格接近于主存的价格。由于Cache存储系统全部用硬件来调度，因此它对系统程序员和应用程序员都是透明的。 5.1 存储系统的组成? 5.1 存储系统的组成? 虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提