计算机组成原理存储系统（一）

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-05-17 09:38 300阅读 0赞

本文主要介绍**存储器的分类、层次结构和性能指标：**

![70][]

## **一、存储器的分类:** ##

计算机中的存储器种类繁多，大致可以从以下角度对存储器进行分类

**1.按存储介质分：**

**①**半导体存储器

**1.静态存储器**：以**触发器原理**存储信息，信息易失

**2.动态存储器**：以**电容充斥原理**存储信息

**②**磁表面存储器

利用磁层上不同方向的磁化区域存储信息，通过磁头和磁记录介质的相对运动完成读出和写入（**如：**IDE硬盘，SATA硬盘）

**③**光盘存储器

利用光斑的晶相变化存储信息，利用激光技术在光存储介质上写入和读出信息（**如：**CD-ROM只读型光盘 WORM一次写入型光盘 可重写型光盘）

**2.按存取方式分：**

**①**随机存储器（RAM和ROM）：

存储器中的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，**按地址访问**存储器中的单元，访问时间与地址无关。主要用做主存或高速缓冲存储器。

**RAM**：**可读可写**，如：SDR/DDR/DDR2-4

**ROM**：**只读**，信息一旦写入就固定不变了，即使断电，内容也不会丢失。因此通常用它存放固定不变的程序、常数、汉字字库

**PROM**可写入一次  ** EPROM**可多次编程（紫外线擦除） **EEPROM**可多次写入（电擦除）

**②**串行存储器

对存储单元进行读/写操作时，**按其物理位置的先后顺序寻址**，包括顺序存储器和直接存储器

**顺序存储器（SAM）：**

访问时按顺序查找目标地址，访问时间与地址有关（如磁带，电影胶片）

**直接存储器（DAM）：**

存取信息时通常先寻找整个存储器中的某个小区域（如磁盘上的磁道），再在小区域内顺序查找

**3.按存储内容可变性分：**

只读存储器和随机读写存储器

**4.按信息易失性分：**

**易失性存储器**：断电后，存储信息即消失的存储器，如RAM

**非易失性存储器**：断电后，信息仍保持的存储器，如ROM、磁表面存储器和光存储器

**5.按在系统中的作用分：**

**主存储器（**内存**）**：用来存放计算机**运行期间所需**的大量程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和Cache以及外存交换数据。容量较小，存取速度快，单位成本较高

**辅助存储器（**外存**）**：用来存放**暂时不用**的数据和程序，以及一些需要**永久性保存**的信息，不能直接与CPU交换信息。容量较大，存取速度慢，单位成本较低

**高速缓冲存储器（**Cache**）**：位于主存和CPU之间，用来存放**正在执行的**程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们

# #

## **二、存储器的层次结构:** ##

为了解决存储系统容量、成本、速度之间的矛盾，在计算机系统中，通常采用多级存储器结构

![70 1][]

**注意以下几点：**

**①“Cache-主存”**层次：主要解决CPU和主存**速度**不匹配的问题

**“主存-外存”**层次：主要解决存储系统的**容量**问题

**②**Cache、主存能与CPU**直接**交换信息

外存需要通过主存与CPU**间接**交换信息

**③****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**均透明

**主存和外存**之间的数据调动是由**硬件和操作系统**共同完成的，对**应用程序员**是透明的

**④**“主存-外存”层次的不断发展中逐渐形成了**虚拟存储系统**

## **三、存储器的性能指标** ##

**存储容量：****存储容量 = 存储字数 × 字长，**如1M × 8

**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

> 设机器字长为64位，某存储器可寻址的单元个数为16M，若按字编制，求该存储器的存储容量：
> 
> 64 bit = 8B
> 
> 存储容量 = 16M × 8 = 128MB

**存取周期：**存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立地访问存储器操作（读或写）之间所需的最小时间

对任何一种存储器，在读写操作之后，总要由一段恢复内部状态的复原时间，所以，**存取周期 = 存取时间 + 恢复时间**

**存取速度：**

**数据传输率 = 数据宽度 / 存储周期**，就是数据量 ÷ 时间

> 若某存储器存储周期为250ns，每次读出16bit，求该存储器的数据传输率：
> 
> 16bit = 2B
> 
> 数据传输率 = ![\\frac\{2B\}\{250\\times10^\{-9\}s \} = 8\\times 10^\{6\}B/s][frac_2B_250_times10_-9_s _ _ 8_times 10_6_B_s]

[70]: /images/20220517/d06eb6f8dc2446ff8d401c6617ae4b7c.png
[70 1]: /images/20220517/88b4bb068e02407ba0c46dbb0933a4b2.png
[frac_2B_250_times10_-9_s _ _ 8_times 10_6_B_s]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%5Cfrac%7B2B%7D%7B250%5Ctimes10%5E%7B-9%7Ds%20%7D%20%3D%208%5Ctimes%2010%5E%7B6%7DB/s

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