计算机组成原理电子教案第4章.ppt

第四章存储器系统
计算机组成原理电子教案陆遥
概述
存储器分类
存储器系统的层次结构
主存储器
静态随机读写存储器(SRAM)
动态随机读写存储器(DRAM)
只读存储器(ROM)
存储器与CPU的连接
可并行访问的存储器
高速缓冲存储
cache的工作原理
地址映射与地址转换
cache的块替换策略
cache的写策略
多cache结构
虚拟存储器
虚拟存储器概述
页式虚拟存储器
段式虚拟存储器
段页式虚拟存储器
快表(TLB)技术
概述
存储器分类
可从不同的角度,对存储器进行分类。
⑴按存储介质分类。存储介质是指能明显体现两种不同状态的材料或元器件;这两种不同的状态用于表示二进制代码0和1。目前,最常用的存储介质有半导体器件、磁性材料和光盘,对应的存储器分别为半导体存储器、磁表面存储器(包括磁盘和磁带)和光盘存储器。
⑵按存取方式分类。有随机存储器、顺序存储器、半顺序存储器等。
⑶按数据的可读写性分类。有读写存储器、随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等。
⑷按保存数据是否需要电源支持分类。有易失性存储器和非易失性存储器。
⑸按在计算机系统中的作用分类。可以分为主存储器(内部存储器)、辅助存储器(外部存储器)、高速缓冲存储器(cache)、控制存储器等。
无论什么存储器,所存储的都是二进制信息。
存储器系统的层次结构
计算机系统对存储器的要求主要体现在三个方面:存取速度快,存储容量大,位价格低。但是,很难找到一种存储器,能够同时满足这三个方面的要求。
计算机中采用多种速度、容量、位价格各不相同的存储器,将它们合理地组织起来,充分发挥各自的优势,形成优势互补,从而使计算机得到一个综合指标满足要求的存储器系统。
存储器系统的层次结构
层次越往上,存储器的容量越小、速度越快、位价格越高,同时,与CPU的关系也越密切。
越是CPU经常要用到的程序指令或数据,其存放的层次就越高,访问的速度就越快。这样做,可以使整个存储器系统的平均速度尽可能接近最快的一级存储器。
主存储器
主存的主体由半导体随机读写存储器(RAM)构成,一般还包含少量半导体只读存储器(ROM)。RAM又分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两类。
主存作为计算机的主要存储器,不仅要有较大的容量,也要有较高的速度,才能满足计算机系统的性能要求。主存的主要技术指标有:
⑴存储容量。存储容量的计算单位主要采用字节(用“B”表示)或位(用“b”表示),用K(210)、M(220)、G(230)、T(240)来表示容量的大小。
⑵存取时间。存取时间也称为存储器访问时间(memory access time),是指从启动一次存储器操作到完成该操作所需的时间。存取时间分为读操作时间和写操作时间两种情况。存取时间反映了存储器件的工作速度。
⑶存储周期(memory cycle time)。存储周期是指连续启动两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。存储周期略大于存取时间。
⑷存储器带宽。存储器带宽是指单位时间内,存储器存取的信息量,以字节/秒或位/秒为单位。带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。存储器带宽不仅与存储器件本身的速度有关,也与存储器的组织方式、存储系统的构造等有关。
大多数计算机是按字或字节(长度为8位)来读写主存的;一个字的长度是字节长度的整数倍,具体字长与机器的硬件系统设计有关。
目前,大部分计算机都以字节作为主存的最小读写单位,称之为一个存储单元。存储单元的编号被称为地址,无论对主存作读操作还是写操作,都要指定存储单元的地址。
用于按地址确定存储单元
位置的器件,称为地址译
码器;它以存储单元的地
址作为输入,输出即为存
储单元的选择信号。
静态随机读写存储器(SRAM)

存储器存储信息的最小单位是“位”,用于存储1位二进制信息的电路称为存储器的基本单元电路。下图所示,为典型的SRAM基本单元电路。