计算机组成原理——存储系统(一)

一、存储器的分类

1、存储介质分类

• 半导体存储器 TTL、MOS (易失)
• 磁表面存储器 磁头、载磁体(非易失)
• 磁芯存储器 硬磁材料、环状元件(非易失)
• 光盘存储器 激光、磁光材料(非易失)

2、按计算机中的作用分类

二、存储器的层次结构(程序局部性原理)

1、存储器三个主要特性的关系

2、缓存—主存层次和主存—辅存层次

• 缓存—主存层次：解决CPU与主存速度不匹配问题 ，提高访问速度。存储管理主要是硬件实现的，缓存地址对用户是透明的。
• 主存—辅存层次：主要解决存储系统的容量问题。存储管理是由硬件和操作系统实现的，CPU不直接访问第二级存储器。

缓存—主存	主存—辅存
主存储器	虚拟存储器
实地址	虚地址
物理地址	逻辑地址

CPU、缓存、主存和辅存的关系

三、主存储器

1、主存的基本组成

现代计算机的组成都由半导体集成电路构成 ，图中的驱动器、译码器和读写电路均制作在存储芯片中，而MAR和MDR制作在CPU芯片内,存储芯片和CPU芯片可通过总线连接。
2、主存与CPU的关系

3、主存中存储单元地址的分配
主存各存储单元的空间位置是由单元地址号来表示的，而地址总线是用来指出存储单元地址号的，根据该地址可读出或写入一个存储字。
地址线：地址线是用来传输地址信息用的。CPU在内存或硬盘里面寻找一个数据时，先通过地址线找到地址，然后再通过数据线将数据取出来。

按字节寻址：

设地址线为24根，按字节寻址：2^24=16MB
就是一个地址线表示的数（即状态）对应一个字节的地址。由此可以得到地址的范围（即状态总和）就是2^24，即16M。那么寻址的范围就是16MB，按字节寻址的范围其单位则为容量单位。

按字寻址：

若字长为16位，按字寻址：16/8=2B ，这样就会占用一根地址线用来字内寻址所以剩余23根地址线，2^23=8MW。
若字长为32位，32/8=4，会占用两根地址线来字内寻址，所以剩余22根地址线，2^22=4MW.

4、主存的技术指标

1. 存储容量

存储容量是指存储器系统能容纳的二进制总位数 ：
存储容量=存储单元个数*存储字长
用字节总数来表示：
存储容量=存储单元个数 *存储字长/8
(1)字节数
若主存按字节编址及每个存储单元有8位，则相应的用字节数表示存储容量的大小。
1KB=1024B，1MB=1K* 1K=10241024B,1GB=1KMB=102410241024B
(2)单元数 * 位数
若主存按字编址，即每个存储单元存放1个字 ，字长超过8位，则存储容量用单元数位数来表示。
例如：机器字长32位 其存储容量为4MB，若按字编址，那么它的存储容量可表示成1MW。

2. 存储速度

存取时间：存储时间又称为存储器的访问时间,是指启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时间。

读出时间：是从存储器接收到有效地址 开始到产生有效输出所需的全部时间 。
写入时间：是从存储器接收到有效地址 开始到数据写入被选中单元为止所需的全部时间 。

存取周期：存储周期又称读写周期或访问周期，连续两次访问存储器操作之间所需要的最小间隔时间。

3. 存储器的带宽——存储周期密切相关的指标
   表示单位时间内存储器存放的信息量
   单位：字/秒、字节/秒、位/秒
   存储器的带宽决定了以存储器为中心的机器获得信息传输速度
   提高存储器宽度：
   ①缩短存取周期
   ②增加存储字长，使每个存取周期可读/写更多的二进制位数。

例题：
什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存储周期为200ns，则存储器的带宽是多少？

1.存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量，
2.存储器带宽=1/200ns×32位=160Mb/s =20 MB/s=5M字/秒

某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址其寻址范围是多少？

存储容量是64 KB，按字节编址的寻址范围就是64KB，按字寻址范围=64K×8/32=16K字

一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？

1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位 地址线和数据线的总和=14+32=46根
各需要的片数为 ：
1K×4位：16K×32/1K×4=128片
2K×8位：16K×32/2K×8=32片
4K×4位：16K×32/4K×4=32片
16K×1位：16K×32/16K×1=32片
4K×8位：16K×32/4K×8=16片
8K×8位：16K×32/8K×8=8片

资料来源：《计算机组成》唐朔飞

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