第三章 计算机组成原理 存储系统

03
辅助存贮器
辅助存贮器的类型与特点
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磁带
以磁记录方式保存信息， 容量大、价格低、速度慢。
磁盘
以磁记录方式保存信息， 存取速度较快、容量较大、 价格适中。
光盘
以光记录方式保存信息， 容量大、价格低、速度较 慢。
磁盘存贮器的工作原理与性能指标
工作原理
磁盘存贮器采用磁记录方式，在磁盘表面涂有一层磁性材料，通过磁头在磁盘表面的读写操作来实现信息的存储 和读取。
实现方式
虚拟存贮器的实现方式主要有请求分页和请求分段两种。在请求分页方式下，系统将程序的页面按照 需要加载到物理内存中，并通过页表来管理页面的映射关系。在请求分段方式下，系统将程序划分为 多个逻辑段，每个段对应一个连续的地址空间，并通过段表来管理段的映射关系。
请求分页管理方式下的虚拟存贮器
• 请求分页的基本原理：请求分页是一种基于页面的虚拟存贮器管理方式。它将 程序的页面按照需要加载到物理内存中，并通过页表来管理页面的映射关系。 当程序需要访问某个页面时，系统会检查该页面是否已经在物理内存中，如果 不在，则会产生一个页面请求，将所需的页面从外存中加载到物理内存中。
存储效率
随着数据量的增长，存储效率成为一个重要问题，包括如何提高存储 设备的利用率、降低存储成本等。
管理复杂性
随着存贮系统规模的扩大和复杂性的增加，管理复杂性也在不断提高， 如何简化管理、提高管理效率是一个重要问题。
未来存贮系统的展望
全闪存阵列 随着闪存技术的不断成熟和成本 的降低，全闪存阵列将成为未来 存贮系统的一个重要发展方向。
智能化存储 通过人工智能、机器学习等技术 手段，实现存贮系统的智能化管 理和优化，提高存储资源的利用 率和性能表现。

3.4高速存储器
• 采取加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措 施,可以通过下列几种途径实现: • (1)主存储器采用更高速的技术来缩短存储器的 读出时间,或加长存储器的字长; • (2)采用并行操作的双端口存储器; • (3)在CPU和主存储器之间插入一个高速缓冲存 储器(),以缩短读出时间; • (4)在每个存储器周期中存取几个字;
SRAM
8KB
A0 A12
R/W A0 A10 A11 A12 A13 A14 A15
MREQ
A0 A12
A0 A12
A0 A12
A0 A10
Y0
A
Y1 Y2
B
Y3
C
Y4
Y5 Y6 Y7
74LS138 主存储器组成与CPU的连接图
计算机组成原理
高速存储器
存储器构成： 存储元——存储体——存储器
提高：高性能的主存储器EDRAM 闪速存储器
问：奔腾主存的最大物理地址空间为多少？
232×64=4×230×64 =4×230×8×8=32GB
3.3 只读存储器和闪速存储器
1、只读存储器：ROM、光擦可编程只读存储器EPROM、
2、闪速存储器：是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器。
[例3]: 已知CPU的地址总线16根（ A15-A0 ，A0为低位），双向数据 总线8根（D7-D0），控制总线中与主存有关的信号有MREQ（允许 访存，低电平有效），R/W（高电平为读命令，低电平为写命令）。 主存地址空间分配如下：0-8191为系统程序区，由只读存储芯 片组成；8192-32767为用户程序区；最后（最大地址）2K地址空间 为系统程序工作区。上述地址为十进制，按字节编址。现有如下存 储器芯片： EPROM：8K × 8位（控制端仅有CS） SRAM：16K × 1位， 2K × 8位， 4K × 8位， 8K × 8位 请从上述芯片中选择适当芯片设计该计算机主存储器， 画出主存储器逻辑框图，注意画出选片逻辑 （可选用门电路及3：8译码器74LS138） 与CPU的连接，说明选哪些存储器芯片， 选多少片。

地址线数决定最大直接寻址空间大小（位地址：2）。
设地址线 24 根
按 字节 寻址
224 = 16 M
若字长为 16 位
按 字 寻址
8M
若字长为 32 位
按 字 寻址
4M
（2）存储速度——存取时间、存取周期
存取时间：存储器的访问时间（读出时间、写入时间）
存取周期：连续启动两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间（读周期、写周期）
T6
行地址选择
T5 、T6 行开关
T7 、T8 列开关
T7
T8
触发器原端
列地址选择
′ 触发器非端
读放
写放大器
DIN
写放大器
写选择
DOUT
读选择
① 静态 RAM 基本电路的读操作
′
位线′
T1
~
T4
位线

T5
T6
行地址选择
T7
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
读选择有效
T8
VA
列地址选择
第一组
0
0
0
行
0
48
… 63
…
…
…
…
0
… 47
…
0
32
0
15
16
31
32
47
48
63
列 0
地
…
0
… 31
…
0
16
第四组
…
0 译
0 码 63
… 15
第三组
…
…
0 地
1
0 址
第二组
址 15
译
读写电路

Computer System Organization and Architecture
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现代计算机采用典型的多层存储结构， 即cache──主存──辅存，如图3.1所示。其 中，cache的容量最小，但速度最快；辅存的 容量最大，但速度最慢，主存的容量、速度则 处于两者之间。
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（1）高速缓冲存储器（cache）：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。
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（2）主存储器（简称主存或内存）：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。
Computer System Organization and Architecture
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3.2 主存储器
3.2.1 主存储器概述 主存储器用于存放计算机运行期间所需要
的程序和数据，CPU可直接地对主存储器进行 读写访问，Байду номын сангаас入/输出设备也直接和主存储器 交换数据。所以主储存器的容量和读写速度会 影响计算机系统的整体性能。
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⒍按访问类型分类
（1）按地址访问：根据存储器的地址来访问该 地址里的信息。
（2）按内容访问：即相联存储器，访问时根据 所要访问信息的全部或部分来跟存储器中的全 部信息进行比较，相等则对该地址中的信息进 行读或者写的操作。
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