计算机组成原理第2章ppt课件.ppt

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1、第2章存储系统2.1分级存储体系的形成2.2主存储器组成2.3辅助存储器习题2.1分级存储体系的形成2.1.1对存储系统的性能要求2.1.2存储系统的分层结构2.1.3虚拟存储器2.1.4Cache

2、主存结构2.1.1对存储系统的性能要求存储系统的性能，通常可以从以下几个方面描述。(1)每位成本每位成本即折合到每一位的存储器造价，是存储器的主要经济指标。(2)存取速度和带宽存储器读出和写入速度主要取决于存储器件的工艺，也受容量大小的影响。存取速度可用两个参数描述：一是存取时间，另一个是存储周期。

3、存取时间分读出时间和写入时间。读出时间是从开始送入地址到这个存储器产生有效数据输出所花费的时间。写入时间则是从送入地址开始(待写入存储器的数据必须在规定时间送到数据线上)并把有效数据保持一定时间所花费的时间。存取周期是指先读出一个单元的数据，随后又将一个数据写入该存储地址单元操作所需的最小间隔时间，也就是对同一个地址单元允许两次相继存取的最小间隔时间，包括读写操作之后所需的恢复时间在内。存取速度除了影响系统的吞吐量外，还是存储器能否与CPU匹配工作的关键。尤其是当计算机进入集成电路时代后，CPU的

4、速度明显提高，到了20世纪70年代，在合理的成本与足够的存储容量的前题下，CPU的速度约比存储器高了一个数量级。为了解决存储器与CPU速度匹配的问题，现代计算机要在主存与CPU之间增加一级或多级Cache。存储器带宽是指每秒钟访问的二进制位的数目。假如存储器周期是500ns，每个存储器周期可访问16位(2字节)，则它的带宽就是32Mbps(32Mb/s)。存储器的带宽决定了在以存储器为中心的机器中可以获得的信息传输速度，是改善VonNeumann瓶颈的一个关键。提高存储器的带宽可以从以下几个方面入

5、手：·缩短存储周期；·增加存储器字长，使每个周期可以访问更多的二进制位；·增加存储体，且同时访问两个以上的存储体。这些措施，除必须改进器件的工艺性能和理论性能外，还可以采取以下一些方案，如并联存储器、按内容寻址的关联存储器、具有内分类机内检索能力的“智能存储器”以及分段存储等。(3)容量计算机存储器的容量是计算机存储信息的能力。一个存储器的容量常用有多少个存储单元、每个单元有多少位表示。如存储容量为4K×8，则表示能存储4×1024个8位长的二进制数码。另外也可以用能存储多少字节(每字节为8位二进

6、制代码)表示，故前例也可称容量为4KB。目前，主存容量急剧增加，如个人计算机的主存已从几K字节增加到几M至几十M字节，但由于成本的限制还不能充分满足程序的要求。也就是说，系统程序、应用程序以及数据所需要的总存储空间一般都超过主存容量，因而只能把当前要用到的或经常要用到的部分放在主存中，而把其他暂不用或不常用的部分放在低速、大容量的辅助存储器中作为后援；当要用到它们时，再把它们从辅存调往主存。调度由操作系统中的存储分配管理模块帮助程序员实现。多道程序的发展，促进了操作系统的发展。为了使程序员尽可能摆

7、脱主辅间调动文件这一复杂工作，逐步形成了支持这些功能的辅助硬件和软件，从系统结构上通过软硬件结合的方法把主存和辅存统一成整体，使之从整体来看其速度接近于主存，而从容量来看却等于辅存。(4)信息的可靠保存性、非易失性和可更换性存储器存储信息的物理过程是有一定条件的。例如半导体存储器只在有电源的条件下存储信息；电荷存储型存储器中的信息会随着电荷的泄漏而消失等，它们都称为有源存储器。磁盘、磁带中的信息保存不需电源，称为无源存储器，但它会因磁、热、机械力等磁场作用受到破坏。根据信息写入的条件，目前存储器

8、可以分为随机读/写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种。RAM和ROM中的信息都可以供CPU在线读出使用。但RAM中的信息可以由CPU的指令在线时写入，而ROM中的信息是脱线后在特殊条件下(如制造时)才能写入，具有固有的非易失性。ROM的成本低，常常用来存放一些固定不变的程序、常数和表，使用起来较安全。RAM则用以存放需在线读/写的数据和程序。显然，理想的存储器是既能方便地读写又具有非易失性的存储器。(5)存取方式存取信息的次序或时序约束是存储设备的一个重要性质。能以任意次序读写存储单元，并

9、且读写时间与所读单元的存储器地址无关的存储器称为随机存取存储器，如主存以及磁盘存储器等。只能以某种预先确定的顺序读写存储单元的存储器称为顺序存取存储器，如磁带存储器。随机存取存储器的每一个单元都有对应的地址机构，它通常比顺序型存储器昂贵。而顺序存取存储器把要求的读写内容与读写机构对应起来需花费一定的时间，使之有效读写时间变长，所以存取速度要慢。一般来说，按所用的读写方式，存储器在成本与读写时间之间呈现出显著的反差，因此要把两者明显地分离开来。在上述诸因素中，容量、成本和存取速度是评