計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)-第三章第一講.ppt

1、,第三章 存儲(chǔ)系統(tǒng),計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)第三章 存儲(chǔ)系統(tǒng),第三章 存儲(chǔ)系統(tǒng) 3.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)概述 3.2 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器 3.3 只讀存儲(chǔ)器和閃速存儲(chǔ)器 3.4 高速存儲(chǔ)器 3.5 Cache存儲(chǔ)器 3.6 虛擬存儲(chǔ)器 3.7 存儲(chǔ)保護(hù) 3.8 輔助存儲(chǔ)器,圖3.1 存儲(chǔ)器與外部的連接關(guān)系,存儲(chǔ)器系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都以存儲(chǔ)器為中心，程序若要運(yùn)行，必須先把有關(guān)程序和數(shù)據(jù)裝到存儲(chǔ)器中。,3.1.1 存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的地位,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,存儲(chǔ)系統(tǒng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來的系統(tǒng)稱為存儲(chǔ)系

2、統(tǒng)。 對(duì)應(yīng)用程序員透明，并且，從應(yīng)用程序員看它是一個(gè)存儲(chǔ)器； 這個(gè)存儲(chǔ)器的速度接近速度最快的那個(gè)主存儲(chǔ)器； 存儲(chǔ)容量與容量最大的那個(gè)主存儲(chǔ)器相等或接近； 單位容量的價(jià)格接近最便宜的那個(gè)主存儲(chǔ)器。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.2 存儲(chǔ)器的組成,存儲(chǔ)體是存放二進(jìn)制碼的地方，由各種介質(zhì)組成的、具有記憶能力的存儲(chǔ)單元集合。可以完成存入、取出、保持記憶的功能。,接受地址總線上送來的地址，在整個(gè)存取時(shí)間內(nèi)，保持地址碼不變，以進(jìn)行地址選擇。,或稱為存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器(MDR)。它與數(shù)據(jù)總線相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入或讀出，起到了將存儲(chǔ)信息整形與同步的作用，作為存儲(chǔ)體與總線接口的寄存器。,根據(jù)地址碼，

3、產(chǎn)生該地址的選擇信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)所選擇的存儲(chǔ)單元。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,圖3.2 存儲(chǔ)器的組成,3.1.2 存儲(chǔ)器的組成 1. 存儲(chǔ)體編址方式 為了能夠方便存取，對(duì)存儲(chǔ)體的各單元進(jìn)行編址。 編址技術(shù)是存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的重要問題。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,存儲(chǔ)體編址方式 編址單位： 常用的編址單位：字編址、字節(jié)編址、位編址、 塊編址等 編址單位與字長(zhǎng)訪問： 一般：字節(jié)編址，字訪問； 部分機(jī)器：位編址，字訪問； 輔助存儲(chǔ)器：塊編址，位訪問；,3.1.2 存儲(chǔ)器的組成,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,存儲(chǔ)體編址方式： 按字編址：長(zhǎng)度為一個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)的存儲(chǔ)單元，編一個(gè)地址碼。

4、按字節(jié)編址：即8位二進(jìn)制代碼為一個(gè)存儲(chǔ)單元，編一個(gè)地址碼，這是當(dāng)前機(jī)器編址中的主流。 按位編址：即對(duì)每一位二進(jìn)制代碼指定一個(gè)地址碼。這種編址方式只是在某些特定需要的情況下采用。,3.1.2 存儲(chǔ)器的組成,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,圖3.3 字節(jié)編址的主存儲(chǔ)器的各種訪問方法,圖中給出了主存儲(chǔ)器采用字節(jié)編址情況下，數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的3種不同存放方法，這里，存儲(chǔ)器本身的字長(zhǎng)都是64位（8個(gè)字節(jié)），即一個(gè)存儲(chǔ)周期能夠從存儲(chǔ)器中讀或?qū)懸粋€(gè)字長(zhǎng)為64位的數(shù)據(jù)，圖中最左邊一列是地址，用16進(jìn)制表示，由于存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)是8個(gè)字節(jié)，因此地址的最低3個(gè)二進(jìn)制位是000。,我們這里暫且把一個(gè)存儲(chǔ)字稱為雙字,

5、在采用字節(jié)編址方式的存儲(chǔ)器中，一個(gè)存儲(chǔ)字中的多個(gè)字節(jié)如何編碼有兩種方法，這就是大端(Big Endian)與小端(Little Endian)問題。,圖3.4,3.1.3 存儲(chǔ)器的分類 1.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類 所謂存儲(chǔ)介質(zhì)是指記憶二進(jìn)制代碼所采用的物質(zhì)。 (1).半導(dǎo)體器件組成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 (2).磁性材料做成的磁表面存儲(chǔ)器,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,2. 按存取方式分類 (1). 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM (Random Access Memory) 單元的內(nèi)容都能隨機(jī)存取且存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的位置無關(guān)的存儲(chǔ)器。如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。用途:主存、Cache、外設(shè)緩存。 (2). 順序存儲(chǔ)器SAM

6、 (Sequential Access Memory) 存取時(shí)間與存取單元的物理位置有關(guān)的存儲(chǔ)器。 如：磁帶存儲(chǔ)器。用途：輔存。 (3).半順序存儲(chǔ)器RSAM (Random Sequential Access Memory) 記錄信息的媒體表面被分成若干道，每道均可隨機(jī)訪問，道內(nèi)則按順序?qū)ふ业拇鎯?chǔ)器。如：磁盤。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3. 按讀寫功能分類 (1)只讀存儲(chǔ)器ROM (Read Only Memory) 只能讀出不能寫入的存儲(chǔ)器。 (2)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM (Random Access Memory) 既能讀出又能寫入的存儲(chǔ)器。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,4

7、. 按信息的可保存性分類 (1). 非永久性存儲(chǔ)器(易失性): 斷電后信息即消失的存儲(chǔ)器 (2). 永久性存儲(chǔ)器(非易失性): 斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器 5. 按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 * 主存儲(chǔ)器 * 輔助存儲(chǔ)器 * 緩沖存儲(chǔ)器 * 控制存儲(chǔ)器,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 容量、速度、價(jià)格 1、存儲(chǔ)容量：主存存儲(chǔ)單元的總數(shù) Swnm 其中：w 存儲(chǔ)器字的長(zhǎng)度(可用位或字節(jié)表示)，n表示每個(gè)存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，m表示可以并行工作的存儲(chǔ)器的個(gè)數(shù)。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 1. 存儲(chǔ)容量: 主存存儲(chǔ)單元的總數(shù) 例：8位微

8、機(jī)16位地址碼（按字節(jié)編址） 最大容量：216B= 65536B= 64KB 注： 1KB=210B; 1MB=210KB=220B; 1GB= 210MB= 230B; 1TB= 210GB= 240B。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 1. 存儲(chǔ)容量: 主存存儲(chǔ)單元的總數(shù) 例：某機(jī)器字長(zhǎng)(一般也是存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)，也稱為數(shù)據(jù)寬度)為16位，即等于2B，而存儲(chǔ)器的物理單元個(gè)數(shù)為32k個(gè)，該存儲(chǔ)器只有一個(gè)存儲(chǔ)器工作，所以它的容量可以計(jì)算出來： S232kl64kB。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 2、速度 衡量存儲(chǔ)器速度指標(biāo)的參

9、數(shù)可以有下面幾個(gè)。 存儲(chǔ)周期：兩次讀/寫操作之間所需的最短間隔時(shí)間稱為存儲(chǔ)周期(TM)。 *存儲(chǔ)周期的單位：ns(納秒) 存取時(shí)間：存儲(chǔ)器從接收到“讀出”或“寫入”的命令起到完成讀數(shù)或?qū)憯?shù)操作所需的時(shí)間，稱為存取時(shí)間(TA)。通常 TM TA,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 2、速度 衡量存儲(chǔ)器速度指標(biāo)的參數(shù)可以有下面幾個(gè)。 數(shù)據(jù)傳送速率Bm：也稱為頻寬，通常是用單位時(shí)間能傳送的信息位數(shù)(或字節(jié))來衡量。有 Bm= (位s) 如果是m個(gè)存儲(chǔ)器并行工作，則有 Bm (位s),計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 3.存儲(chǔ)器的可靠性 衡

10、量標(biāo)準(zhǔn)：平均無故障時(shí)間 MTBF(Mean Time Between Failures) MTBF越長(zhǎng)，可靠性越高。 4.性能/價(jià)格比 性能容量、存儲(chǔ)周期、可靠性等 價(jià)格整個(gè)存儲(chǔ)器的價(jià)格,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,圖3.5 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu),3.1.5 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存放最活躍的程序和數(shù)據(jù)的高速小容量存儲(chǔ)器。,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。,計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)3.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述,3.1.5 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1. 存儲(chǔ)器訪問的局部性 所謂存貯器訪問的局部性是指在CPU訪問存貯器時(shí)，無論是取指令或存取數(shù)據(jù)，所訪問的存貯單元都趨向于聚集在一個(gè)較