6内 部 存 储 器.ppt

1 第3章内部存储器 注意 上课时请关闭手机 同时请将说话声音调至最小 功在平时 2 第3章内部存储器 本章掌握内容 存储器的分类及特点半导体存储器的分类及特点半导体存储器与CPU的连接PC机上的存储器系统与存储管理 3 第3章内部存储器 存储器是用来存储信息的部件 有了存储器 计算机才有了对信息的记忆功能 存储程序运行 计算机的存储器 计算机内部具有记忆功能的部件 用以存储程序和数据 3 1内部存储器概述 4 微型机的存储器 DRAM DynamicRAM 用作主存储器 集成度高SRAM StaticRAM 用作Cache 寄存器 速度快PROM ProgrammableROM 早期用作计算机只读存储器EPROM ErasablePROM 早期用作计算机只读存储器EEPROM ElectricallyEPROM 现在用作计算机只读存储器FlashMemory 现在用作计算机只读存储器 5 计算机的存储器可以分为两大类 一类叫内部存储器 通常简称为主存 MainMemory 或内存 另一类叫外部存储器 简称外存或辅助存储器 内存是计算机主机的一个组成部分 内存的作用 运行程序 暂存常用的程序 数据 与外存储器 外设交换数据的缓冲存储 6 3 1 1微型机的存储系统概念 存储元 存储单元 存储器将两个或两个以上速度 容量和价格各不相同的存储器 例如内存 外存等 以总线相连 用硬件 软件或软硬件相结合的方法连接起来就构成存储系统 系统的存储速度接近较快的存储器 容量接近较大的存储器 7 微型机的存储系统 8 在单一存储系统中 存储器的性能由以下几个方面确定 存储容量存储器容纳二进制数据总数 单位为MB 兆字节 存取速度 存取时间 存取周期 存储器带宽存取时间 AccessTime 执行一次读或写操作所需的时间TA 主存储器存取时间为 s级 Cache存取时间为ns级 存取周期 MemoryCycleTime 存储器能进行连续访问所允许的最小时间间隔TC Tc TA存储器的带宽也称存储器的数据传输率 DataTransferRate 单位时间内传输数据的个数 单位为MB s 价格 存储器类型 容量 存取速度等因素 可靠性 MTBF meantimebetweenfailure 3 1 2存储系统的性能指标 9 1存储器分级结构存储器的容量 速度和价格是制约存储器系统设计的3个主要因素 任何时候 都希望设计出大容量 低价位和高速存取的计算机存储系统 组织计算机的存储器系统时 必须在存储器的价格 容量和存取时间之间进行折衷 权衡 综合各种因素 最后一般都是采用存储器的层次结构 MemoryHierarchy 方案来实现对系统的要求 而不是依赖单一的存储部件或技术 3 1 3存储器的体系结构 10 计算机CPU高速运行 存储器的速度成为限制计算机系统的瓶颈 所以期望有高速 低成本 容量大的存储器满足需求 但是如图3 1不同存储器的情况不同 思考 采用何种措施可以解决速度 成本和容量之间的矛盾呢 11 现代计算机内部采用 多级存储器体系结构 目的 解决速度 容量 价格之间的矛盾 典型的存储系统 高速缓存存储系统Cache虚拟存储器存储系统VirtualMemory 12 图3 28存储器系统的层次结构 13 多级高速缓存高速缓存自身可以是一个多层次的结构 目前 有些CPU直接在片内设置有高速缓冲存储器 容量一般在32 128KB 这种Cache可以认为是第一级 L1 处理器 可以在一个时钟周期内完成对它的访问操作 片外Cache被称为第二级高速缓存 L2 它通常由静态随机存储器SRAM芯片构成 容量从128 64MB不等 通常 大多数的高速缓冲存储器对用户是透明的 14 主存储器主存储器通常由DRAM芯片构成 通常被组织为多体交叉的存储模块 以便能够以高速的流水线方式或并行方式同时访问多个存储单元 容量通常为64 512MB 多个多体交叉存储模块可以一起构成存储器群 这样不仅能增加存储器带宽 而且提供了更高的容错能力 15 磁盘存储器磁盘存储器可分为软盘 FloppyDisk 硬盘 HardDisk 两种形式 它是一种联机存储器 On lineMemory 用于保存系统程序 用户程序及其数据集 磁盘存储是非易失性的 不受电源的掉电影响 故具有可靠性高和易于长期保存的特点 由于采用磁头读写 所以容易被损坏或出现机械故障 磁头在读写信息时需要定位 所以它的访问速度比较慢 16 磁带机磁带机是一种脱机存储器 Off lineMemory 当作其他存储器的备份存储器 它与磁盘存储器一样 都是在操作系统采取有限的用户干预方式下 对其进行管理 磁带的容量非常大 可以轻易达到100GB甚至以TB计 通常用来保存用户程序 执行结果和已处理文件的拷贝等 其上的数据文件是存档非在线的 当然 在分层结构中 还可以包含其它形式的存储器 如光盘存储器 磁光盘 MO 存储器等 17 2存储器访问的局部性 目前可用的存储器 速度快的容量小 价格高 容量大 价格低的速度慢 利用程序访问的局部性原理 将经常使用的数据放在速度快的存储器中 形成一个在性能上接近最高 容量上接近最大 价格上接近最低廉的存储器的存储系统 较好地解决了CPU和存储器之间的速度差问题 时间局部性 temporallocality 若一项数据被引用 很可能不久它会被再次使用 例如循环与堆栈 空间局部性 spatiallocality 若一项数据被引用 则与它相连的数据可能很快也会被引用 举例 P 两级存储系统 访问的局部性是保证存储系统层次结构技术可行性的基础 18 多级存储系统性能 访问速度 容量和价格Cache存储系统cache作用匹配CPU速度 缓解CPU与内存之间的速度差异 为提高命中率 通常采用 级 级 还有预取技术等提高cache存储系统的命中率 虚拟存储系统通过操作系统的调度 将要使用的大批量程序和数据调入主存中 使以后多次对虚拟存储系统的访问可以基本在主存中命中 只要主存容量足够大 可以保证系统的较高访问效率 19 小测试 1计算机硬件能直接执行的是 A