《存儲(chǔ)系統(tǒng)》PPT課件

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1、第6章存儲(chǔ)系統(tǒng)6.1存儲(chǔ)器概述6.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器6.3只讀存儲(chǔ)器6.4高速緩沖存儲(chǔ)器6.5虛擬存儲(chǔ)器6.6存儲(chǔ)保護(hù)6.1存儲(chǔ)器概述6.1.1存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存放程序和數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備。1．按存儲(chǔ)介質(zhì)分類用半導(dǎo)體器件組成的存儲(chǔ)器稱為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，目前半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有兩大類：一類是雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，一類是MOS型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。2．按存取方式分類有些存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的內(nèi)容既能讀出又能寫入，這種存儲(chǔ)器稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）。RAM中存儲(chǔ)的信息會(huì)隨著電源的斷開(kāi)而丟失，因此又稱為易失性存儲(chǔ)器。有些半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

2、存儲(chǔ)的內(nèi)容是固定不變的，即只能讀出而不能寫入，這種存儲(chǔ)器稱為只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM）。ROM可分為固定掩模式只讀存儲(chǔ)器（MROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、光可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。3．按信息的可保存性分類斷電后信息就消失的存儲(chǔ)器稱為非永久記憶存儲(chǔ)器（易失性存儲(chǔ)器），如RAM。斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器稱為永久性記憶存儲(chǔ)器（非易失性存儲(chǔ)器），如磁性材料做成的存儲(chǔ)器。4．按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類根據(jù)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起的作用，可分為內(nèi)存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）、外存儲(chǔ)器

3、（輔助存儲(chǔ)器）和高速緩沖存儲(chǔ)器等。6.1.2存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器通常采用多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)，即用高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）、主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。CPU能夠直接訪問(wèn)內(nèi)存儲(chǔ)器，包括高速緩沖存儲(chǔ)器和主存儲(chǔ)器。CPU不能直接訪問(wèn)外存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器的信息必須被調(diào)入到內(nèi)存儲(chǔ)器后才能被CPU處理。存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如下圖所示。1．高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱高速緩存，又稱為Cache，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)容量小而速度快的存儲(chǔ)器，其價(jià)格也是最貴的。CPU可以直接訪問(wèn)Cache，因?yàn)槠渌俣扰cCPU的速度差不多，從而可以提高CPU的利用率。2．主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)

4、器簡(jiǎn)稱主存，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要存儲(chǔ)器，用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)。它可以和Cache交換數(shù)據(jù)和指令。3．外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，它是大容量的輔助存儲(chǔ)器。目前主要使用磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。外存的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、成本低，通常用來(lái)存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫(kù)等。上述3類存儲(chǔ)器構(gòu)成計(jì)算機(jī)的多級(jí)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，各級(jí)存儲(chǔ)器承擔(dān)的職能各不相同。其中Cache主要用來(lái)快速存取，以便使存取速度和CPU的運(yùn)算速度相匹配；外存存儲(chǔ)容量大，以滿足計(jì)算機(jī)大容量存儲(chǔ)的要求；主存介于Cache和外存之間，選取恰當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量和存取周期，使它能容納系統(tǒng)的核心軟

5、件和較多的用戶程序。6.1.3存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)主要是存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期和存儲(chǔ)器帶寬。1．存儲(chǔ)容量在一個(gè)存儲(chǔ)器中可以容納的存儲(chǔ)單元總數(shù)為該存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，通常用字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)來(lái)表示，如64KB。存儲(chǔ)容量越大，能存儲(chǔ)的信息就越多。在計(jì)算機(jī)中，1K相當(dāng)于1024個(gè)存儲(chǔ)單元。為了表示更大的存儲(chǔ)容量，采用GB、TB等單位。其中1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B。B表示字節(jié)，1B=8bit，即一個(gè)字通常是由8位二進(jìn)制數(shù)組成。存儲(chǔ)容量這一概念反映了存儲(chǔ)空間的大小。2．存取時(shí)間存取時(shí)間又稱為存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存

6、儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間，即將數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)緩沖寄存器位置所經(jīng)歷的時(shí)間。3．存儲(chǔ)周期從存儲(chǔ)器接到讀命令到指定地址的信息被讀出，并穩(wěn)定在存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器或數(shù)據(jù)總線上的時(shí)間，稱為讀周期，反之將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱為寫周期。從上一次訪問(wèn)存儲(chǔ)器到下一次訪問(wèn)存儲(chǔ)器所需要的最短時(shí)間，稱為存儲(chǔ)周期。存儲(chǔ)周期表示存儲(chǔ)的速度，內(nèi)存的外頻即存儲(chǔ)周期的倒數(shù)。4．存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器所存取的信息量，通常以位/秒或字節(jié)/秒作為度量單位。6.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）目前，廣泛使用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是MOS型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。根據(jù)存儲(chǔ)信息原理的不同，MOS

7、型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器（SRAM）和動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器（DRAM）。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)體積小，可靠性高，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是斷電后存儲(chǔ)器不能保存信息。6.2.1SRAM存儲(chǔ)器1．基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)單元是組成存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)和核心，SRAM的基本存儲(chǔ)單元電路是由6個(gè)MOS管組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如左圖所示。圖中，T3、T4管是負(fù)載管，T1、T2管為工作管，這個(gè)電路具有兩個(gè)不同的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)T1截止時(shí)，A點(diǎn)為高點(diǎn)位，使T2管導(dǎo)通，此時(shí)B點(diǎn)處于低點(diǎn)位，而B(niǎo)點(diǎn)的低電位又保證了T1的截止，這是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)；反之，如果T1管導(dǎo)通，則A點(diǎn)處于低點(diǎn)位，使T2

8、管截止，這也是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。因此，這兩種狀態(tài)分別可以用0或1表示。T5~T8管為控制管或開(kāi)門管。由存儲(chǔ)元組成