1、第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)，設(shè)計一個容量大、不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)，設(shè)計一個容量大、速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的一速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的一個重要課題。本章重點討論主存儲器的工作原個重要課題。本章重點討論主存儲器的工作原理、組成方式以及運用半導(dǎo)體存儲芯片組成主理、組成方式以及運用半導(dǎo)體存儲芯片組成主存儲器的一般原則和方法，此外還介紹高速緩存儲器的一般原則和方法，此外還介紹高速緩沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理。沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理。 第1頁/

2、共42頁 存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概念，下存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概念，下面首先介紹各種不同用途的存儲器，然后討論面首先介紹各種不同用途的存儲器，然后討論它們是如何構(gòu)成一個存儲系統(tǒng)的。它們是如何構(gòu)成一個存儲系統(tǒng)的。一、存儲系統(tǒng)的組成一、存儲系統(tǒng)的組成第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)第2頁/共42頁 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 高速緩沖存儲器用來存放正在執(zhí)行的程序高速緩沖存儲器用來存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)。段和數(shù)據(jù)。高速緩沖存儲器的存取速度可以與高速緩沖存儲器的存取速度可以與CPU的速度相匹配，但存儲容量較小，價格較的速度相匹配，但存儲容量較小，價格較高。高。 主

3、存儲器主存儲器 主存用來存放計算機運行期間所需要的程主存用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，序和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機地進行讀可直接隨機地進行讀/寫訪問。寫訪問。二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類、按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類第3頁/共42頁 輔助存儲器輔助存儲器 輔助存儲器用來存放當(dāng)前暫不參與運行的輔助存儲器用來存放當(dāng)前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息。程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息。輔存設(shè)在主機外部，輔存設(shè)在主機外部，CPU不能直接訪問它。輔不能直接訪問它。輔存中

4、的信息必須通過專門的程序調(diào)入主存后，存中的信息必須通過專門的程序調(diào)入主存后，CPU才能使用。才能使用。 二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類（續(xù)）、按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類（續(xù)）第4頁/共42頁 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM CPU可以對存儲器中的內(nèi)容隨機地存取，可以對存儲器中的內(nèi)容隨機地存取，CPU對任何一個存儲單元的寫入和讀出時間是對任何一個存儲單元的寫入和讀出時間是一樣的，即存取時間相同，與其所處的物理位一樣的，即存取時間相同，與其所處的物理位置無關(guān)。置無關(guān)。 只讀存儲器只讀存儲器ROM

5、 ROM可以看作可以看作RAM的一種特殊形式，其的一種特殊形式，其特點是：存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫特點是：存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入。這類存儲器常用來存放那些不需要改變的入。這類存儲器常用來存放那些不需要改變的信息。信息。二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、按存取方式分類、按存取方式分類第5頁/共42頁 順序存取存儲器順序存取存儲器SAM SAM的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時間的長的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時間的長短與信息在存儲體上的物理位置有關(guān)，所以短與信息在存儲體上的物理位置有關(guān)，所以SAM只能只能用平均存取時間

6、作為衡量存取速度的指標。用平均存取時間作為衡量存取速度的指標。 直接存取存儲器直接存取存儲器DAM DAM既不像既不像RAM那樣能隨機地訪問任一個存儲那樣能隨機地訪問任一個存儲單元，也不像單元，也不像SAM那樣完全按順序存取，而是介于兩那樣完全按順序存取，而是介于兩者之間。當(dāng)要存取所需的信息時，第一步直接指向整個者之間。當(dāng)要存取所需的信息時，第一步直接指向整個存儲器中的某個小區(qū)域；第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或存儲器中的某個小區(qū)域；第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后再進行讀等待，直至找到目的地后再進行讀/寫操作。寫操作。二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章

7、章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、按存取方式分類（續(xù)）、按存取方式分類（續(xù)）第6頁/共42頁 磁芯存儲器磁芯存儲器 采用具有矩形磁滯回線的磁性材料，利用兩種不同采用具有矩形磁滯回線的磁性材料，利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示的剩磁狀態(tài)表示“1”或或“0”。磁芯存儲器的特點是信息。磁芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因斷電而丟失；但磁芯存儲器的讀可以長期存儲，不會因斷電而丟失；但磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出，即不論磁芯原存的內(nèi)容為出是破壞性讀出，即不論磁芯原存的內(nèi)容為“0”還是還是“1”，讀出之后磁芯的內(nèi)容一律變?yōu)椋x出之后磁芯的內(nèi)容一律變?yōu)椤?” 。 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 采用半導(dǎo)體器件制造的存儲

8、器，主要有采用半導(dǎo)體器件制造的存儲器，主要有MOS型存型存儲器和儲器和TTL型存儲器兩大類。型存儲器兩大類。MOS型存儲器集成度高型存儲器集成度高、功耗低、價格便宜、存取速度較慢；、功耗低、價格便宜、存取速度較慢；TTL型存儲器存型存儲器存取速度快、集成度較低、功耗較大、成本較高。半導(dǎo)體取速度快、集成度較低、功耗較大、成本較高。半導(dǎo)體RAM存儲的信息會因為斷電而丟失。存儲的信息會因為斷電而丟失。 二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、按存取介質(zhì)分類、按存取介質(zhì)分類第7頁/共42頁 磁表面存儲器磁表面存儲器 在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材

9、料在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材料，用磁層存儲信息，常見的有磁盤、磁帶等。，用磁層存儲信息，常見的有磁盤、磁帶等。由于它的容量大、價格低、存取速度慢，故多由于它的容量大、價格低、存取速度慢，故多用作輔助存儲器。用作輔助存儲器。 光存儲器光存儲器 采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，一般分采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，一般分為只讀式、一次寫入式、可讀寫式為只讀式、一次寫入式、可讀寫式3種，它們的種，它們的存儲容量都很大。存儲容量都很大。 二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、按存取介質(zhì)分類（續(xù)）、按存取介質(zhì)分類（續(xù)）第8頁/共42頁 斷電后，存

10、儲信息即消失的存儲器，稱易失斷電后，存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非性存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器。易失性存儲器。 如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，原存信息將被破壞，則稱破壞性讀出；如果讀出原存信息將被破壞，則稱破壞性讀出；如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞性時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲器，每當(dāng)一次讀出讀出。具有破壞性讀出的存儲器，每當(dāng)一次讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的操作，操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的操作，以便恢復(fù)

11、被破壞的信息。以便恢復(fù)被破壞的信息。 二、存儲器的分類二、存儲器的分類第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)4 4、按信息的可保存性分類、按信息的可保存性分類第9頁/共42頁 為了解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛為了解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、不同存取速度的存盾，通常把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系統(tǒng)。整體的存儲系統(tǒng)。 多級存儲層次從多級存儲層次從CPU的角度來看，的角度來看，n種不同的種不同的存儲器（存儲器（M1Mn）在邏輯上是一個整體

12、。其中：）在邏輯上是一個整體。其中：M1速度最快、容量最小、位價格最高；速度最快、容量最小、位價格最高；Mn速度最速度最慢、容量最大、位價格最低。整個存儲系統(tǒng)具有接慢、容量最大、位價格最低。整個存儲系統(tǒng)具有接近于近于M1的速度，相等或接近的速度，相等或接近Mn的容量，接近于的容量，接近于Mn的位價格。在多級存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在的位價格。在多級存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在M1中，次常用的在中，次常用的在M2中，最少使用的在中，最少使用的在Mn中。中。三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)第10頁/共42頁CPUM1M2Mn存儲層次 圖圖1

13、 多級存儲層次多級存儲層次三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、多級存儲層次、多級存儲層次第11頁/共42頁 Cache存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的。從提出來的。從CPU看，速度接近看，速度接近Cache的速度，的速度，容量是主存的容量，每位價格接近于主存的價容量是主存的容量，每位價格接近于主存的價格。由于格。由于Cache存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，因此它因此它對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員來說都是透對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員來說都是透明的。明的。三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲

14、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、CacheCache主存存儲層次（主存存儲層次（CacheCache存儲系統(tǒng)）存儲系統(tǒng)） 第12頁/共42頁CPUCache主存輔助硬件圖圖2 Cache存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、CacheCache主存存儲層次（主存存儲層次（CacheCache存儲系統(tǒng)）存儲系統(tǒng)） 第13頁/共42頁 虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出來的。從來的。從CPU看，速度接近主存的速度，容量看，速度接近主存的速度

15、，容量是虛擬的地址空間，每位價格是接近于輔存的是虛擬的地址空間，每位價格是接近于輔存的價格。由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來價格。由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此調(diào)度，因此對系統(tǒng)程序員是不透明的，但對應(yīng)對系統(tǒng)程序員是不透明的，但對應(yīng)用程序員是透明的。用程序員是透明的。三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、主存、主存輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)） 第14頁/共42頁圖圖3 虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)三、存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、

16、主存、主存輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)） CPU主存輔存輔助軟硬件第15頁/共42頁 主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，它用來主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，它用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機地對它進行訪問。可直接隨機地對它進行訪問。四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)第16頁/共42頁 主存通常由存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、主存通常由存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、I/O和讀寫電路組成。和讀寫電路組成。存儲體地址線數(shù)據(jù)線讀/寫控制線I/O地址譯碼驅(qū)動和讀寫電路四、主

17、存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)圖圖4 主存的組成框圖主存的組成框圖1 1、主存儲器的基本結(jié)構(gòu)、主存儲器的基本結(jié)構(gòu)第17頁/共42頁 存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中。存放在存儲體中。 地址譯碼驅(qū)動電路實際上包含譯碼器和驅(qū)地址譯碼驅(qū)動電路實際上包含譯碼器和驅(qū)動器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼動器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，以表示選中了某一存儲單元，然后由驅(qū)動器提以表示選中了某一存儲單元，然后由驅(qū)動器

18、提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀寫電路，完成對被供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀寫電路，完成對被選中存儲單元的讀寫操作。選中存儲單元的讀寫操作。 I/O和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電路和讀寫控制電路，用以完成被選中存儲單元路和讀寫控制電路，用以完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫入操作。中各位的讀出和寫入操作。四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、主存儲器的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）、主存儲器的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）第18頁/共42頁 位位是二進制數(shù)的最基本單位，也是存儲器是二進制數(shù)的最基本單位，也是存儲器存儲信息的最小單位。一個二進制數(shù)

19、由若干位存儲信息的最小單位。一個二進制數(shù)由若干位組成，當(dāng)這個二進制數(shù)作為一個整體存入或取組成，當(dāng)這個二進制數(shù)作為一個整體存入或取出時，這個數(shù)稱為出時，這個數(shù)稱為存儲字存儲字。存放存儲字或存儲。存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間稱為字節(jié)的主存空間稱為存儲單元或主存單元存儲單元或主存單元，大，大量存儲單元的集合構(gòu)成一個存儲體，為了區(qū)別量存儲單元的集合構(gòu)成一個存儲體，為了區(qū)別存儲體中的各個存儲單元，必須將它們逐一編存儲體中的各個存儲單元，必須將它們逐一編號。存儲單元的編號稱為號。存儲單元的編號稱為地址地址，地址和存儲單，地址和存儲單元之間有一對一的對應(yīng)關(guān)系。元之間有一對一的對應(yīng)關(guān)系。 四、主存儲器的組織

20、四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元、主存儲器的存儲單元第19頁/共42頁 IBM 370機是字長為機是字長為32位的計算機，主位的計算機，主存按字節(jié)編址，每一個存儲字包含存按字節(jié)編址，每一個存儲字包含4個單獨編個單獨編址的存儲字節(jié)，它被稱為大端方案，即字地址址的存儲字節(jié)，它被稱為大端方案，即字地址等于最高有效字節(jié)地址，且字地址總是等于等于最高有效字節(jié)地址，且字地址總是等于4的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末兩位來區(qū)分同的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末兩位來區(qū)分同一個字的一個字的4個字節(jié)。個字節(jié)。00144889101156723字地址字節(jié)地址

21、四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第20頁/共42頁 PDP-11機是字長為機是字長為16位的計算機，主存位的計算機，主存也按字節(jié)編址，每一個存儲字包含也按字節(jié)編址，每一個存儲字包含2個單獨編個單獨編址的存儲字節(jié)，它被稱為小端方案，即字地址址的存儲字節(jié)，它被稱為小端方案，即字地址等于最低有效字節(jié)地址，且字地址總是等于等于最低有效字節(jié)地址，且字地址總是等于2的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末1位來區(qū)分同位來區(qū)分同一個字的兩個字節(jié)。一個字的兩個字節(jié)。 0044122

22、35字地址字節(jié)地址四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第21頁/共42頁 （1）存儲容量）存儲容量 對于字節(jié)編址的計算機，以字節(jié)數(shù)來表示對于字節(jié)編址的計算機，以字節(jié)數(shù)來表示存儲容量；對于字編址的計算機，以字數(shù)與其存儲容量；對于字編址的計算機，以字數(shù)與其字長的乘積來表示存儲容量。如某機的主存容字長的乘積來表示存儲容量。如某機的主存容量為量為64K16位，表示它有位，表示它有64K個存儲單元，個存儲單元，每個存儲單元的字長為每個存儲單元的字長為16位，若改用字節(jié)數(shù)表位，若改用字節(jié)數(shù)表示，則

23、可記為示，則可記為128K字節(jié)（字節(jié)（128KB）。）。 四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、主存儲器的主要技術(shù)指標、主存儲器的主要技術(shù)指標第22頁/共42頁 （2）存取時間）存取時間Ta 存取時間又稱為訪問時間或讀寫時間，它存取時間又稱為訪問時間或讀寫時間，它是是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間歷的時間。例如：讀出時間是指從。例如：讀出時間是指從CPU向主存向主存發(fā)出有效地址和讀命令開始，直到將被選單元發(fā)出有效地址和讀命令開始，直到將被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時間；寫入時間是指從

24、的內(nèi)容讀出為止所用的時間；寫入時間是指從CPU向主存發(fā)出有效地址和寫命令開始，直到向主存發(fā)出有效地址和寫命令開始，直到信息寫入被選中單元為止所用的時間。顯然信息寫入被選中單元為止所用的時間。顯然Ta越小，存取速度越快。越小，存取速度越快。四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第23頁/共42頁 （3）存取周期）存取周期Tm 存取周期又可稱作讀寫周期、訪內(nèi)周期，存取周期又可稱作讀寫周期、訪內(nèi)周期，是指是指主存進行一次完整的讀寫操作所需的全部主存進行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩

25、次訪問存儲器操作之間所需要時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間的最短時間。顯然，一般情況下，。顯然，一般情況下，TmTa。這。這是因為對于任何一種存儲器，在讀寫操作之后，是因為對于任何一種存儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間。對于破總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間。對于破壞性讀出的壞性讀出的RAM，存取周期往往比存取時間要，存取周期往往比存取時間要大得多，甚至可以達到大得多，甚至可以達到Tm=2Ta，這是因為存，這是因為存儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再生）。生）。四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二

26、部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第24頁/共42頁 （4）主存帶寬）主存帶寬Bm 主存的帶寬又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存的帶寬又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字每秒或字節(jié)主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字每秒或字節(jié)每秒或位每秒。目前，主存提供信息的速度還跟每秒或位每秒。目前，主存提供信息的速度還跟不上不上CPU處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，主存的處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，主存的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的一個關(guān)鍵因素。為帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的一個關(guān)鍵因素。為了提高主存的帶寬，可以采取的措施有：了提高主存

27、的帶寬，可以采取的措施有： 縮短存取周期；縮短存取周期； 增加存儲字長；增加存儲字長； 增加存儲體。增加存儲體。 四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第25頁/共42頁（5 5）可靠性）可靠性 可靠性是指在規(guī)定的時間內(nèi)，存儲器無故可靠性是指在規(guī)定的時間內(nèi)，存儲器無故障讀寫的概率。通常，用平均故障時間障讀寫的概率。通常，用平均故障時間MTBF來衡量可靠性。來衡量可靠性。 （6）功耗）功耗 功耗是一個不可忽視的問題，它反映了存功耗是一個不可忽視的問題，它反映了存儲器件耗電的多少，同時也反映

28、了其發(fā)熱的程儲器件耗電的多少，同時也反映了其發(fā)熱的程度。通常希望功耗要小，這對存儲器件的工作度。通常希望功耗要小，這對存儲器件的工作穩(wěn)定性有好處。大多數(shù)半導(dǎo)體存儲器的工作功穩(wěn)定性有好處。大多數(shù)半導(dǎo)體存儲器的工作功耗與維持功耗是不同的，后者大大地小于前者。耗與維持功耗是不同的，后者大大地小于前者。 四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第26頁/共42頁 在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的3種不同存放方法。設(shè)存儲字長為種不同存放方法。設(shè)存儲

29、字長為64位（位（8個字節(jié)），即個字節(jié)），即一個存取周期最多能夠從主存讀或?qū)懸粋€存取周期最多能夠從主存讀或?qū)?4位數(shù)據(jù)。讀寫的位數(shù)據(jù)。讀寫的數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)有4種不同長度，它們分別是字節(jié)（種不同長度，它們分別是字節(jié)（8位）、半字位）、半字（16位）、單字（位）、單字（32位）和雙字（位）和雙字（64位）。位）。請注意：請注意：此例中數(shù)據(jù)字長（此例中數(shù)據(jù)字長（32位）不等于存儲字長（位）不等于存儲字長（64位）。位）。 字節(jié)字節(jié)半半字字單單字字雙雙字字四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)3 3、數(shù)據(jù)在主存中的存放、數(shù)據(jù)在主存中的存放第27頁/共42頁

30、存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）（1）不浪費存儲器資源的存放方法）不浪費存儲器資源的存放方法 現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、半字、現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字。雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字。4種不種不同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存放。優(yōu)點是不浪同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存放。優(yōu)點是不浪費寶貴的主存資源，但存在的問題是：當(dāng)訪問的費寶貴的主存資源，但存在的問題是：當(dāng)訪問的一個雙字、單字或半字跨越兩個存儲單元時，存一個雙字、單字或半字跨越兩個存儲單元時，存儲器的工作速度降低了一半，而且讀寫控制比較儲器的工作速度降低了一半，而且讀寫控制比較復(fù)

31、雜。復(fù)雜。四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第28頁/共42頁 無論要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，無論要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，都必須從存儲字的起始位置開始存放，而空余都必須從存儲字的起始位置開始存放，而空余部分浪費不用。優(yōu)點是：無論訪問一個字節(jié)、部分浪費不用。優(yōu)點是：無論訪問一個字節(jié)、半字、單字或雙字都可以在一個存儲周期內(nèi)完半字、單字或雙字都可以在一個存儲周期內(nèi)完成，讀寫數(shù)據(jù)的控制比較簡單。缺點是：浪費成，讀寫數(shù)據(jù)的控制比較簡單。缺點是：浪費了寶貴的存儲器資源。了寶貴的

32、存儲器資源。（2）從存儲字的起始位置開始存放的方法）從存儲字的起始位置開始存放的方法四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第29頁/共42頁存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）（2）從存儲字的起始位置開始存放的方法（續(xù)）從存儲字的起始位置開始存放的方法（續(xù)）四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第30頁/共42頁存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）01816243291

33、72533210183111941220513216142271523263427283635293730313938 此方法規(guī)定，雙字地址的最末此方法規(guī)定，雙字地址的最末3個二進制位個二進制位必須為必須為000，單字地址的最末兩位必須為，單字地址的最末兩位必須為00，半字地址的最末一位必須為半字地址的最末一位必須為0。它能夠保證無論。它能夠保證無論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都在一個存取周訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都在一個存取周期內(nèi)完成，盡管存儲器資源仍然有浪費。期內(nèi)完成，盡管存儲器資源仍然有浪費。（2）邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法）邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法四、主存儲器的組織四、主存儲器的組織第二

34、部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)2 2、主存儲器的存儲單元（續(xù)）、主存儲器的存儲單元（續(xù)）第31頁/共42頁 主存儲器通常分為主存儲器通常分為RAM和和ROM兩大部分。兩大部分。RAM可讀可寫，可讀可寫，ROM只能讀不能寫。只能讀不能寫。 五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)第32頁/共42頁 存放一個二進制位的物理器件稱為記憶單存放一個二進制位的物理器件稱為記憶單元，它是存儲器的最基本構(gòu)件，地址碼相同的元，它是存儲器的最基本構(gòu)件，地址碼相同的多個記憶單元構(gòu)成一個存儲單元。記憶單元可多個記憶單元構(gòu)成

35、一個存儲單元。記憶單元可以由各種材料制成，但最常見的由以由各種材料制成，但最常見的由MOS電路組電路組成。成。RAM又可分為靜態(tài)又可分為靜態(tài)RAM，即，即SRAM（Static RAM）和動態(tài)）和動態(tài)RAM，即，即DRAM（Dynamic RAM）兩種。）兩種。 （1）RAM記憶單元電路記憶單元電路第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、隨機存取存儲器、隨機存取存儲器五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器第33頁/共42頁 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM用觸發(fā)器作為存儲單元存放用觸發(fā)器作為存儲單元存放1 1和和0 0，存，存取速度快，只要不掉電即可持續(xù)保持內(nèi)

36、容不變。取速度快，只要不掉電即可持續(xù)保持內(nèi)容不變。一般靜態(tài)一般靜態(tài)RAM RAM 的集成度較低，成本較高。的集成度較低，成本較高。 動態(tài)動態(tài)RAMRAM的基本存儲電路為帶驅(qū)動晶體管的電的基本存儲電路為帶驅(qū)動晶體管的電容。電容上有無電荷狀態(tài)被視為邏輯容。電容上有無電荷狀態(tài)被視為邏輯1 1和和0 0。隨著。隨著時間的推移，電容上的電荷會逐漸減少，為保持時間的推移，電容上的電荷會逐漸減少，為保持其內(nèi)容必須周期性地對其進行刷新其內(nèi)容必須周期性地對其進行刷新( (對電容充電對電容充電) )以維持其中所存的數(shù)據(jù)，所以在硬件系統(tǒng)中也得以維持其中所存的數(shù)據(jù)，所以在硬件系統(tǒng)中也得設(shè)置相應(yīng)的刷新電路來完成動態(tài)設(shè)置相應(yīng)的刷新電路來完成動態(tài)RAMRAM的刷新的刷新。（1）RAM記憶單元電路記憶單元電路第二部分：第第二部分：第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1 1、隨機存取存儲器、隨機存取存儲器五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器五、半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器第34頁/共42頁 SRAM記憶單元是用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來記憶記憶單元是用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來記憶信息的，圖信息的，圖5中所示，中所示，T1T6管構(gòu)成一個記憶管構(gòu)成一個記憶單元的主體，能存放一位二進制信息，其中：單元的主體，能存放一位二進制信息，其中：T1、T2 管構(gòu)成存儲信息的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；管構(gòu)成存儲信息的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；T5、T6管構(gòu)成