计算机组成原理——存储系统

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1、存储器的层次结构

存储器的分类

按在计算机中的作用(层次)分类:主存储器辅助存储器高度缓冲存储器

存储介质分类:磁表面存储器磁芯存储器半导体存储器光存储器

存取方式分类:随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)串行访问存储器(包括顺序存取存储器直接存取存储器

信息的可保存性分类:易失性存储器非易失性存储器破坏性读出性能的存储器非破坏性读出性能的存储器


存储器的性能指标

存储器有3个主要性能指标,即存储容量单位成本存储速度。这3个指标相互制约

= × ,存储字数表示存储器的地址空间大小,字长表示一次存取操作的数据量

单位成本: =

存储速度: =

存取时间 T a )和存取周期 T m )的区别:存取时间不等于存取周期,通常存取周期大于存取时间。因为任何一种存储器,在读写操作之后,总要有一段恢复内部状态的复原时间

主存带宽 B m ):又称数据传输率,表示每秒从主存进出信息的最大数量


2、存储器的层次化结构

多级存储系统

为了解决存储系统大容量高速度低成本3个相互制约的矛盾,通常采用多级存储器结构 C P U C a c h e )。从左到右,位价越来越低速度越来越慢容量越来越大,CPU的访问频度也越来越低

存储系统层次结构主要体现在Cache-主存层次和主存-辅存层次。前者主要解决CPU和主存之间速度不匹配的问题,后者主要解决存储系统的容量问题

在存储系统中,Cache、主存能与CPU直接交换信息;辅存则要通过主存与CPU交换信息;主存与CPU、Cache、辅存都能交换信息

现代计算机系统几乎都采用Cache-主存-辅存三级存储系统

主存和Cache之间的数据调动是由硬件自动完成的,对所有程序员均是透明的;而主存和辅存之间的数据调动则是由硬件和操作系统共同完成的,对应用程序员是透明的

主存-辅存这一层次的不断发展中,逐渐形成了虚拟存储系统,在这个系统中程序员编程的地址范围虚拟存储器的地址空间相对应。对具有虚拟存储器的计算机系统而言,编程时可用的地址空间远远大于主存空间

Cache-主存主存-辅存层次中,上一层中的内容都只是下一层中一部分内容的副本


3、半导体随机存储器

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