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计算机存储系统的构成
计算机存储系统由多个组件构成，用于存储和检索数据。
以下是计算机存储系统的主要组成部分：
1. 主存 (RAM)：主存是计算机中用于临时存储数据和指令的地方。
它是计算机内存的核心组件，其容量决定了可以同时存储的数据量大小。
主存是易失性的，意味着当计算机断电时，其中的数据将会丢失。
2. 辅助存储器：辅助存储器用于长期存储数据，并且能够保持数据即使在断电后也不会丢失。
常见的辅助存储设备包括硬盘驱动器 (HDD)、固态硬盘驱动器 (SSD)、光盘、闪存驱动器等。
3. 缓存存储器：缓存存储器位于处理器和主存之间，用于加快数据访问速度。
它通过预先存储最常使用的数据和指令来减少处理器从主存中读取数据的时间。
4. 寄存器：寄存器是位于处理器内部的高速存储器。
它们用于存储处理器执行指令所需的数据和中间结果。
寄存器的容量较小，但访问速度非常快。
5. 存储控制器：存储控制器是负责管理存储系统的硬件部
分。
它协调主存、辅助存储器和缓存之间的数据传输，并确保数据的正确存储和检索。
简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类计算机中存储体系结构指的是计算机内存和外存，以及两者之间的结构关系。
计算机中的存储体系结构可以分为两大类：内存存储体系结构和外部存储体系结构。
内存存储体系结构是指将计算机的内存单元组织成有效的结构，以便处理计算机中的信息。
它包括主存储器、辅助存储器、高速缓存存储器等。
主存储器是指将计算机中的信息暂时存储起来的主要设备，主存储器有多种类型，如RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、SRAM（静态随机存取存储器）、DRAM（动态随机存取存储器）等。
辅助存储器是指在计算机中用于存储信息的一种存储器，它的容量远大于主存储器，通常用来存储大量的程序和数据，或者处理较长时间的运算，它可以是磁盘、磁带、光盘等。
高速缓存存储器是计算机中用来缓存主存储器中程序和数据的设备，它具有较高的存取速度，容量也较小，具有极高的速度，可以大大提高计算机的计算速度。
外部存储体系结构是指在内存存储体系结构和用户程序之间所连接的存储体系结构。
外部存储体系结构的主要设备有：磁盘系统、磁带系统、光盘系统、软盘系统等。
其中，磁盘系统是一种最主要的存储设备，它可以缓存大量的程序和数据，可以长时间的保存，它的容量大，存取速度也较快，是大多数用户更多使用的外存储设备。
磁带系统通常用来长期存储大量的信息，其优点是容量大，存取速度慢，而光盘系统则是一种快速存取、容量较小、适用范围较窄的存储体系结构，大多数用于存放小型文件、图片、音乐等，而软盘系统则是一种具有较小容量的存储体系结构，主要用于存储少量的指令和数据，一般用于较小型的计算机系统中。
计算机中存储体系结构对于计算机性能的提高和数据处理的准确性起着重要作用，它在计算机系统中占据着举足轻重的地位。
选择合适的存储体系结构类型，可以有效地提高计算机的效率，从而使计算机可以更加高效地处理大量的数据。
同时，正确地运用存储体系结构的知识也是对计算机系统管理的重要一环。
计算机中的存储系统的构成计算机中的存储系统主要由以下几个部分构成：1.主存储器（Main Memory）：主存储器是计算机硬件中最重要的部分之一，负责存储和检索程序运行所需的数据和指令。
它通常由DRAM（动态随机存取存储器）或SRAM（静态随机存取存储器）组成，容量从几GB到几十GB 不等。
2.辅助存储器（Secondary Memory）：辅助存储器主要包括硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
这些设备存储大量的数据和程序，虽然存取速度比主存储器慢，但容量大且价格低。
硬盘的容量通常在几百GB到几TB之间，而固态硬盘则具有更高的读写速度和耐用性。
3.三级存储器（Tertiary Memory）：这是更低一级的存储设备，通常包括光盘、U盘和SD卡等。
这些设备具有非常小的存储容量，通常用于存储小型的程序或数据文件。
4.高速缓存（Cache Memory）：高速缓存是主存和CPU之间的临时存储器，它保存了CPU最经常访问的数据和指令。
高速缓存的存取速度非常快，通常使用SRAM实现。
5.寄存器（Registers）：寄存器是CPU内部的高速存储部件，用于存储操作数和指令。
寄存器的存取速度比高速缓存还要快，但容量通常较小。
6.输入/输出设备（I/O Devices）：这些设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于在计算机和用户之间进行交互。
这些设备通常有自己的存储和处理能力，例如打印机的墨盒就包含了一种形式的内存，用于存储墨水浓度和打印质量等信息。
7.通信接口（Communication Interfaces）：这些接口包括USB、HDMI、Ethernet等，用于计算机与其他计算机或设备之间进行数据交换。
这些接口通常也包含自己的内存，用于临时存储传输的数据。
在以上这些组成部分中，主存储器、辅助存储器和高速缓存是计算机存储系统中的核心部分。
它们之间的协作关系直接影响了计算机的性能和效率。
例如，当CPU需要访问的数据或指令不在高速缓存中时，它会从主存储器中读取数据或指令。
计算机体系结构存储系统的认识与理解计算机体系结构存储系统是计算机体系结构中的一个重要组成部分，负责存储和管理计算机中的数据和程序。
它是计算机的核心组件之一，直接影响着计算机的性能和可靠性。
存储系统的主要任务是提供高速、大容量的存储空间，并能够快速地读写数据。
它由多个层次构成，包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器。
寄存器是存储系统中最快速的存储设备，用于存储指令和数据的中间结果。
它们与CPU紧密结合，可以在一个时钟周期内完成读写操作。
寄存器的容量较小，通常只有几十个字节，但由于其速度极快，所以常用于存储频繁使用的数据。
高速缓存是位于CPU和主存储器之间的一层存储层次，用于缓存主存储器中的数据。
由于高速缓存的访问速度比主存储器快得多，所以可以大大提高CPU的数据访问效率。
高速缓存分为多级，一级缓存距离CPU最近，容量较小，但速度最快；而二级缓存容量较大，速度较快，但比一级缓存慢。
主存储器是计算机中用于存储程序和数据的主要存储设备，也是计算机体系结构中的一个重要组成部分。
它以字节为单位进行寻址和访问，容量通常较大，可以存储大量的数据和程序。
主存储器的访问速度较高，但仍然比不上寄存器和高速缓存。
辅助存储器是计算机中用于长期存储数据和程序的设备，如硬盘、光盘和闪存等。
辅助存储器的容量通常非常大，可以存储大量的数据和程序。
虽然辅助存储器的访问速度较慢，但它具有持久性，可以长期保存数据和程序，不会因为断电而丢失。
计算机体系结构存储系统的设计需要考虑多个因素，如容量、速度、可靠性和成本等。
在实际应用中，存储系统的设计往往是一个折中的结果。
为了提高存储系统的性能，可以采用多级存储、缓存技术和虚拟存储等方法。
同时，还可以通过RAID技术提高存储系统的容错性，保证数据的可靠性。
计算机体系结构存储系统是计算机中负责存储和管理数据和程序的重要组成部分。
它由寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器等多个层次构成，每个层次都有不同的特点和功能。
存储系统原理
存储系统原理的概述
存储系统是计算机系统中用于数据存储和访问的关键组成部分。
它包括了多种类型的存储介质和相应的硬件、软件，用于实现数据的持久性存储和高效的数据访问。
存储系统原理主要涉及以下几个方面：
1. 存储层次结构：存储系统根据存储介质的特性和成本，将存储空间划分为多个层次。
通常从高到低分为：高速缓存、内存、磁盘和磁带等。
不同层次的存储设备之间通过缓存和映射机制来实现数据的高效传输和访问。
2. 存储介质：常见的存储介质包括半导体存储器（如DRAM、SRAM、闪存等）和磁存储器（如硬盘、磁带等）。
不同的存
储介质具有不同的读写速度、容量、可靠性和成本等特点，应根据应用需求进行选择。
3. 存储管理：存储系统需要提供对数据的有组织的管理和保护。
这包括了文件系统的设计与实现、存储空间的分配和回收、数据的备份与恢复、数据的安全性和完整性保护等。
4. 存储与计算的接口：存储系统需要提供给计算机系统高效的存储访问接口，以实现数据的读写和操作。
这包括了存储器层次结构的映射、虚拟存储器的管理、存储器保护机制等。
5. 存储性能优化：存储系统需要通过各种性能优化技术，提高
数据的访问速度和存储利用率。
这包括了读写缓存、预取、数据压缩和去重、存储调度算法等。
6. 存储系统可靠性与容错：随着存储容量的不断增加，存储系统的可靠性和容错性变得越来越重要。
它包括对硬件故障的容错机制（如RAID）、数据冗余备份和快速恢复等。
总之，存储系统原理是研究存储介质、存储管理和存储性能等方面的基本原理和技术，旨在设计和实现高性能、高可靠性和高效能的存储系统。
计算机的存储原理与层次结构计算机作为现代科技的重要产物，其存储原理与层次结构是实现高效运算和数据存储的关键。
本文将探讨计算机存储原理与层次结构的基本概念和作用。
一、存储原理计算机的存储原理是指如何将数据在计算机内部进行存储和管理。
存储原理包括以下几个基本概念：1. 存储单元：计算机内部的存储空间被划分为一个个独立的存储单元，每个存储单元可以存储一个固定大小的数据，例如一个字节或一个字。
2. 存储地址：每个存储单元都有一个唯一的存储地址，通过这个地址可以找到存储单元中的数据。
3. 存储器：存储器是指计算机中用于存储数据的硬件设备，包括内存、硬盘等。
内存是计算机中最常用的存储器，数据通常在执行程序时暂时存储在内存中。
4. 存储器访问速度：存储器的访问速度是指从计算机内部读取或写入数据所需的时间，通常以纳秒（ns）为单位。
存储器的访问速度越快，计算机的运算速度就越快。
二、层次结构计算机的存储器通常按照层次结构进行组织和管理，层次结构从高到低依次包括：寄存器、高速缓存、内存、硬盘等。
不同层次的存储器具有不同的特点和作用。
1. 寄存器：寄存器是位于CPU内部的存储器，用于暂时保存运算结果和参与运算的数据。
由于寄存器位于CPU内部，其访问速度非常快，但容量较小。
2. 高速缓存：高速缓存是位于CPU与内存之间的存储器，用于加快CPU对内存中数据的访问速度。
高速缓存的容量较小，但在性能上接近于寄存器。
3. 内存：内存是计算机中主要的存储器，用于存储程序和数据。
内存容量较大，但相对于寄存器和高速缓存，其访问速度较慢。
4. 硬盘：硬盘是计算机中的永久存储器，用于长期保存数据。
硬盘容量大，但相对于内存访问速度较慢。
三、层次结构的作用计算机的存储层次结构的设计有助于提高计算机的运行效率和性能。
具体作用如下：1. 提高存储器的访问效率：通过将数据分级存储在不同层次的存储器中，计算机可以更快地读取和写入数据，从而提高数据访问效率。
计算机体系结构存储系统的认识与理解计算机体系结构是计算机科学中的一个重要概念,涉及到计算机硬件和软件之间的关系、计算机的逻辑结构和功能等方面。
存储系统是计算机体系结构中的重要组成部分,负责存储和管理系统的数据和程序。
本文将介绍计算机体系结构存储系统的认识与理解,并探讨其重要性和实现方法。
一、计算机体系结构存储系统的认识与理解计算机存储系统是指为计算机提供存储数据和程序的地方,通常包括主存储器、辅助存储器和输入输出设备等组成部分。
其中,主存储器是计算机中最重要的存储系统之一,用于存储计算机程序和数据。
主存储器通常分为三种类型:随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和闪存。
RAM是随机访问的存储器,可以在任何时候进行读写操作,但是其容量有限。
ROM是一种只读存储器,只能读取其编程内容,因此其容量非常大,但不可修改。
闪存是一种非易失性存储器,具有快速读写速度和大容量等优点,但是较为昂贵。
辅助存储器包括外置存储器和内置存储器。
外置存储器通常包括硬盘、软盘、USB存储器等,用于存储临时数据和文件。
内置存储器则包括内存、EEPROM、FRAM等,用于存储系统配置文件、程序代码等。
输入输出设备用于将数据和程序传输到计算机外部,例如显示器、键盘、鼠标等。
计算机存储系统的重要性不言而喻。
存储系统的配置和优化对计算机的性能、可靠性和安全性都有着重要的影响。
合理的存储系统可以提高计算机的运行效率,减少存储空间的占用,提高数据传输速度,降低系统出错率。
二、计算机体系结构存储系统的实现方法计算机体系结构存储系统的实现方法可以分为以下几种:1. 基于硬件的存储系统:这种存储系统直接将存储芯片嵌入到计算机系统中,通过硬件连接实现数据的存储和读取。
2. 基于软件的存储系统:这种存储系统使用操作系统提供的软件存储功能,通过操作系统的存储管理功能实现数据的存储和读取。
3. 基于网络的存储系统:这种存储系统通过网络进行数据存储和传输,可以通过分布式存储技术实现数据的大容量存储和高效性访问。
第4章存储系统和结构4.1 基本内容摘要1、存储系统的组成◆存储器的分类◆主存半导体存储器SRAM、DRAM、ROM的基本电路◆辅存2、主存的组织与操作◆半导体存储器的基本结构◆存储器中的数据组织小端存放格式大端存放格式◆半导体存储器的主要技术指标存储容量存储速度◆半导体存储器芯片的发展DRAM芯片技术发展：FPM DRAM ；EDO DRAM ；SDRAM ；DDR SDRAM◆主存储器的组织SRAM HM 6116DRAM Intel 2164芯片的互联：位扩展、字扩展、字位扩展◆多体交叉存储技术组成、工作原理3、存储系统的层次结构◆层次化存储系统◆Cache-主存存储层次◆主存-辅存存储层次4、高速缓冲存储器◆Cache的工作原理Cache的结构Cache的工作过程◆主存与Cache之间的地址映像Cache的基本结构地址映像和地址映像表◆直接映像直接映像方式主存地址直接映像的访存过程◆全相联映像全相联映像方式主存和Cache的地址结构主存和Cache的地址结构全相联映像下的访存过程◆组相联映像组相联映像方式主存和Cache的地址结构组相联映像下的访存过程◆替换策略和更新策略三种替换算法：随机法、先进先出法、LRU法更新策略：写回法、全写法、写装入法、写不装入法5、虚拟存储器◆虚拟存储器的基本概念虚拟存储器的工作原理虚地址、实地址◆页式虚拟存储器页式虚拟存储器地址结构页式虚拟存储器的地址映像页式虚拟存储器的地址变换过程◆段式虚拟存储器段式虚拟存储器地址结构段式虚拟存储器的地址映像段式虚拟存储器的地址映像过程◆段页式虚拟存储器段页式虚拟存储器的地址结构段页式虚拟存储器的地址映像段页式虚拟存储器的地址映像过程◆快表技术快表的形成“快表”和“慢表”实现地址转换4. 2 知识点一、主存储器1、分类随机存取存储器RAM：SRAM、DRAM只读存储器ROM2、半导体存储器基本结构（1）随机存取存储器RAM挥发性存储器，失电时信息丢失。
◆SRAM基本电路及其读写工作原理；存储单元电路是半导体触发器，典型的单极型SRAM基本电路是由6个MOS管组成的双稳态触发电路；存储单元的内容可多次读出，读出时不破坏原存信息；功耗较大，容量较小，但存取速度较快。
◆DRAM基本电路及其读写工作原理；基本电路由一个晶体管和一个电容组成，利用MOS管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息，以储存电荷的多少(即电容端电压的高低)来表示“1”和“0”；存储单元的内容读出时破坏原存信息，功耗小，容量较大，但存取速度较SRAM慢；DRAM必须不断进行刷新，对存储单元中电容充电。
（2）只读存储器ROM只能读取数据不能写入数据的存储器。
一般由一个晶体管构成一个存储单元，存储单元构成阵列，用行选通和列选通信号选择存储单元。
能长期保存信息，信息可随机被访问。
◆掩膜ROM存储单元中的信息在生产中用掩膜形成两种存储单元，存储单元中有无晶体管代表数据0和1。
◆PROM可编程ROM，用户能够一次性烧入数据，在晶体管的发射极和列选通线之间用熔丝连接，可实现一次性可编程数据存储。
◆EPROM可擦除可编程ROM，一般指紫外线擦除可编程的ROM，用户能够多次烧入数据，可多次擦除，多次改写。
◆E2PROM电可擦除可编程的ROM，用户可用电信号在线进行擦除和改写的存储器。
◆ Flash Memory闪速存储器，一种的快擦型E2PROM存储器，只能以块为单位擦写。
（3）存储器芯片◆基本结构组成：存储体—是存储单元的集合体，存储单元阵列；数据读写电路—驱动缓冲作用；地址译码电路—将地址信号转换为选中某一存储单元的选通信号，如采用双译码方式的存储器，会将一部分地址信号转换为行选通信号、另一部分地址信号转换为列选通信号，行选通信号和列选通信号对行和列选择，对选中的单元进行读写。
控制电路—产生控制信号如片写信号、读信号、输出信号等等◆典型存储器芯片● HM61162K×8位（2KB）SRAM芯片：11条地址线、8条数据线、3条控制线CE、OE、WE 3个控制信号的组合控制HM6116芯片的工作方式，● Intel 216464K×1b的DRAM芯片：8条地址线、1条数据输出线、1条数据输入线、写允许信号WE、行地址选通信号RAS、列地址选通信号CAS 。
64K存储体由4个128×128的存储矩阵组成，每个128×128的存储矩阵，由7条行地址和7条列地址进行选择。
刷新时，在送入7位行地址时选中4个存储矩阵的同一行，即对 4×128=512个存储单元进行刷新。
（4）新型存储器芯片快页式动态存储器（FPM DRAM）扩展数据输出动态存储器（EDO DRAM）同步型动态存储器（SDRAM）双倍数据速率SDRAM （DDR SDRAM）（5）半导体存储器的技术指标◆存储容量存储器可以容纳的二进制信息量。
内存的最大容量：计算机系统中CPU地址总线数目有限，决定系统能配备最大的内存容量。
如CPU的地址线为n 条，则由该CPU组成的计算机系统的内存不超过2n个字，若字长为8位，则为2n 字节。
计算机的实际装机容量：指一计算机系统根据系统的实际需要配置的内存容量，实际装机容量不能超过内存的最大容量。
存储器芯片的容量：指存储器芯片能存放的信息量，由存储器芯片地址线和数据线的数目决定。
如一存储器芯片有m 条地址线和n条数据线，则该芯片的存储容量为2m×n位存储容量单位有：千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB) 、太字节（TB）1KB= 210 B = 1024B ；1MB=220 B=1024KB ；1GB=230 B=1024 MB ；1TB= 240 B=1024 GB◆存储速度存储器的存储速度可以用两个时间参数表征：存取时间TA：定义为从启动一次存储器操作，到完成访问操作所经历的时间。
存储周期TMC：从一次访问的开始到下一次访问开始的时间间隔。
通常存储周期TMC略大于存取时间TA。
3、系统的存储器（1）存储器的扩展存储器芯片的容量有限，用多片存储器芯片互联可以扩大存储容量，构成系统所需的存储器。
扩展存储器容量采用的方法有：①位扩展法当主存的字数与单个存储芯片的字数相同(两者存储单元数相同)而位数不同时, 要采用位扩展的方式来组织多个存储芯片构成存储器。
扩展芯片时, 字数不变, 位数增加。
位扩展的方式时,应◆确定总芯片数若芯片的容量为N×M位，构成系统的存储器容量为N×K位（K为M的若干倍），采用位扩展方式，需要芯片数为：N×K位N×M位◆各存储器芯片采用相同的地址信号和控制信号，即各芯片的片选端CS（或CE）、地址线Ao—Ai、读/写控制信号都应分别并接在一起,连接到CPU相应的控制线、地址线上；◆将各存储器芯片的数据线单独列出作D0、D1 …… Dm 分别连接到CPU的数据线D0 …… Dm不同的位。
②字扩展法当主存的位数与采用存储芯片的位数相同，但字数不同（存储单元数不同）, 要采用字扩展的方式来组织多个存储芯片扩展存储单元构成主存储器。
字扩展的方式时, 应◆确定总芯片数若芯片的容量为N×M位，构成系统的存储器容量为K×M位（K为N的若干倍），采用字扩展方式，需要芯片数为：K×M位N×M位◆各存储器芯片地址范围不同, CPU地址线分为两部分，低位部分地址线和各芯片的地址线连接，CPU的高位地址总线经片选译码器译码得到多条控制信号线分别接到各存储器芯片的片选端CS（或CE），使每次访问时只能选中一片芯片工作。
◆各存储器芯片的数据线、读写控制线并联后, 再与CPU数据线、读写控制线相连接。
③字位扩展法当存储器芯片的字数和字长均不能满足主存储器要求时, 需要在字数和位数上同时扩展，以构成主存储器。
字位扩展的方式时, 应◆确定总芯片数若主存储器容量为M×N位，采用容量为L×K的存储器芯片，则用N/K片L×K的存储器芯片组成一组，实现位扩展构成L×N位的存储器，再采用M/L组的L×N位的存储器组进行字扩展构成M×N位的存储器，共需要M/L ×N/K 片芯片。
◆各存储器组地址范围不同, CPU地址线分为两部分，低位部分地址线和所有存储器芯片的地址线连接，CPU的高位地址总线经片选译码器译码得到多条控制信号线分别接到各存储器芯片组，每个控制信号和一组中的所有芯片的片选端CS（或CE）相连接，使每次访问时只能选中一组芯片工作。
◆每组中各存储器芯片的数据线单独列出分别CPU的数据线D0-Dn-1 相连，但每组中对应的芯片应并联接同样数据线。
◆所有存储器芯片的读写控制线并联后, 再与CPU的读写控制线相连接。
（2）存储器中的数据组织◆存储字：作为一个整体一次存放或取出内存储器的数据◆字节编址：对存储器的每一个字节进行编址，一个地址对应一个存放8位二进制数的存储单元，存储单元的地址称为字节地址。
表示字节地址的二进制位数取决于存储器的总字节数。
在现代计算机系统中，特别是在微机系统中，内存储器一般都以字节编址。
◆字编址：对存储器的每一个字进行编址，一个地址对应存放16位二进制数的存储单元，该地址称为字地址。
◆数据存放格式：若一个存储单元存放1字节数据，多字节数据存放存储单元的格式有：小端存放格式—多字节数据中的低字节数据存放于低地址的存储单元中，高字节数据存放于高地址的存储单元中；80X86系统采用这种格式。
大端存放格式—多字节数据中的低字节数据存放于高地址的存储单元中，高字节数据存放于低地址的存储单元中；68X系统采用这种格式。
4、多体交叉存储器一个多体系统，为提高访存速度采用的结构技术。
◆由多个相互独立的容量相同的存储体构成；每个存储体是一个独立操作的单位，各自具有相互独立的数据寄存器MDR、地址寄存器MAR和读写电路；◆各存储体读写过程能并行，也能交叉重叠进行；多体交叉访问存储器采用分时启动的方法，可以在不改变每个存储体存取周期的条件下，提高访存速度，◆若存储器由n个存储体组成，各存储体可按一定的顺序分时地轮流启动，两个相邻存储体启动访问的间隔时间可以等于单个存储体访问周期的1/n，即每隔1/n访问周期启动一个存储体的操作，从而存储器的带宽（连续访问存储器的数据吞吐率）可以增加到原来的n倍。
二、存储系统的层次结构1、访存的局部性原理时间局部性：如果一个存储单元被访问，则可能该单元会很快被再次访问；空间局部性：如果一个存储单元被访问，则可能该单元及其邻近的单元也可能很快被访问；最近的、未来要用的指令和数据大多局限于正在用的指令和数据或是存放在与这些指令和数据位置相邻近的单元中。
