存储器系统
计算机硬件系统
存储器作用
- 计算机用来存放程序和数据的部件，是Von Neumam结构计算机的重要组成，是计算机的中心。
- 存储程序是计算机走向通用
- 程序和数据的特点
源程序，汇编程序，机器语言程序
各种类型的数据
共同点：二进制数据
对存储介质的基本要求
- 能够有两个稳定状态来表示二进制的“0”和“1”
- 容易识别
- 两个状态能方便的进行转换
- 几种常见的存储方式
磁颗粒，半导体（电平/电容），光
早期存储器
- 水银延迟线
存储原理：水波 - 磁芯存储器
半导体存储器
- 存储原理
MOS管寄生电容（DRAM）
触发器（SRAM） - 访问机制
随机访问 - 分类
ROM,RAM
SRAM,DRAM
现代计算机存储系统
寄存器 register
高速缓存 cache
主存储器 main memory
磁盘 disk
磁带 tape
光盘 compact disc
存储器系统设计目标
- 尽可能快的存储速度
应能基本满足CPU对数据的访问要求 - 尽可能大的存储空间
可以满足程序对存储空间的要求 - 尽可能低的单位成本（价格/位）
用户能够承受的范围之内 - 较高的可靠性
为什么设计存储器系统
单一存储器满足不了这些需求
微电子技术发展趋势
| 容量 | 速度 | |
|---|---|---|
| 逻辑电路 | 2倍/3年 | 2倍/3年 |
| DRAM | 4倍/3年 | 2倍/10年 |
| 磁盘 | 4倍/3年 | 2倍/10年 |
DRAM
| year | size | cycle time |
|---|---|---|
| 1980 | 64KB | 250ns |
| 1983 | 256KB | 220ns |
| 1986 | 1MB | 190ns |
| 1989 | 4MB | 165ns |
| 1992 | 16MB | 145ns |
| 1995 | 64MB | 120ns |
存储器设计目标
- 目标
大容量，高速度，低成本，高可靠性 - 目前现实
大容量存储设备速度慢
块存储器容量小 - 如何实现我们的目标
层次存储器技术
采用并行
层次存储器系统
- 高速度
静态存储器速度高
设置较小容量的高速缓冲区 - 大容量
动态存储器价格适中，速度适中
可作为主存储器 - 低成本
磁盘存储器价格低廉
作为辅助存储器，暂存CPU访存频率不高的数据和程序
作为虚拟存储器的载体
程序运行的局部性原理
程序运行的局部性原理体现在：
在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很有可能再次被访问
在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一片存储区
在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大（大约5：1）
合理的把程序和数据分配在不同存储介质中
层次之间应满足的原则
- 一致性原则：处在不同层次存储器中的同一个信息应保持相同的值
- 包含性原则：处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之不成立。
利用程序的局部性原理
以最低廉的价格提供尽可能大的存储空间
以最快速的技术实现高速存储空间访问
