計(jì)算機(jī)組成原理-0911370111

1、計(jì)算機(jī)組成原理0911370111 -管凌飛存儲(chǔ)器 概述 主存儲(chǔ)器 高速緩沖存儲(chǔ)器 輔助存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器的地位不斷上升1、存儲(chǔ)器的運(yùn)行速度對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度有很大影響。2、DMA方式提高了存儲(chǔ)器的地位。3、存儲(chǔ)器是多處理機(jī)系統(tǒng)信息交換的重要渠道。一、存儲(chǔ)器分類(lèi)1、按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：TTL、MOS體積小、功耗低、存取時(shí)間短、易失性。體積小、功耗低、存取時(shí)間短、易失性。 磁表面存儲(chǔ)器：磁盤(pán)、磁帶、磁鼓 磁芯存儲(chǔ)器：硬磁材料的環(huán)狀元件 光盤(pán)存儲(chǔ)器：激光、磁光易易失失非非易易失失一、存儲(chǔ)器分類(lèi)2、按數(shù)據(jù)保存方式分類(lèi) 隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memory） 易失性易失性

2、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory） 非易失性非易失性 掩膜型只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）、閃速存儲(chǔ)器（Flash Memory）一、存儲(chǔ)器分類(lèi)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器一、存儲(chǔ)器分類(lèi)Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器一、存儲(chǔ)器分類(lèi)關(guān)于閃存 Flash-ROM已經(jīng)成為了目前最成功、最流行的一種固態(tài)內(nèi)存，與EEPROM 相比具有讀寫(xiě)速度快，而與RAM相比具有非易失、以及價(jià)廉等優(yōu)勢(shì)。 Intel于1988年首先開(kāi)發(fā)出NOR flash技術(shù) 芯片內(nèi)執(zhí)行

3、（XIP，eXecute In Place），不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR flash讀速度較快，寫(xiě)入和擦除速度較慢。 1989年?yáng)|芝公司發(fā)表了NAND flash 技術(shù) NAND 結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的U盤(pán)都使用NAND閃存做為存儲(chǔ)介質(zhì)的原因。應(yīng)用NAND的困難在于閃存和需要特殊的系統(tǒng)接口。接口復(fù)雜。一、存儲(chǔ)器分類(lèi)3、按數(shù)據(jù)存取方式分類(lèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器直接訪(fǎng)問(wèn)：訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間不隨訪(fǎng)問(wèn)位置而變化。內(nèi)存串行訪(fǎng)問(wèn)：訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間隨訪(fǎng)問(wèn)位置而變化。磁帶（順序訪(fǎng)問(wèn)）部分串行訪(fǎng)問(wèn)：介于上述二者之間磁盤(pán)一、存儲(chǔ)器分類(lèi)4、按在計(jì)算機(jī)中的作用 主存儲(chǔ)器

4、 輔助存儲(chǔ)器 高速緩沖存儲(chǔ)器Cache主主 存存輔輔 存存其他能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位置：寄存器、控制存儲(chǔ)器、硬盤(pán)高速緩存一、存儲(chǔ)器分類(lèi)(總結(jié))磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán) 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（CacheCache）Flash MemoryFlash Memory存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMMROMPROMPROMEPROMEPROMEEPROMEEPROMRAMRAMROMROM靜態(tài)靜態(tài) RAMRAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAMRAM二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)1、存儲(chǔ)器各層位置及特點(diǎn)低低CPU主主存存硬硬盤(pán)盤(pán)光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶控制器運(yùn)算器寄存器寄存器cache二、存儲(chǔ)器的層次

5、結(jié)構(gòu)1、存儲(chǔ)器各層位置及特點(diǎn)高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤(pán)磁盤(pán)光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶速度速度容量容量 價(jià)格價(jià)格 位位CPUCPU主機(jī)主機(jī)二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)2、兩個(gè)主要層次 緩存主存層次主要解決速度匹配和成本問(wèn)題 主存輔存層次主要解決速度、容量、成本問(wèn)題主存儲(chǔ)器1、主存的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MARMAR控制電路控制電路讀讀寫(xiě)寫(xiě)電電路路MDRMDR地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)讀讀寫(xiě)寫(xiě)主存的技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量：主存能存放的二進(jìn)制數(shù)的總位數(shù)存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)字長(zhǎng) 存儲(chǔ)速度： 存取時(shí)間：?jiǎn)?dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成操作的時(shí)間。

6、也叫做訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。分為讀出時(shí)間和寫(xiě)入時(shí)間。 存取周期：進(jìn)行兩次連續(xù)存儲(chǔ)器操作間的最小間隔。MOS型為100ns，TTL型為10ns。 存儲(chǔ)器帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量（字節(jié)/秒、字/秒、位/秒）。如存取周期是500ns每個(gè)存取周期可訪(fǎng)問(wèn)16位則帶寬是32M位/秒1. 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）基本單元電路（一個(gè)二進(jìn)制存儲(chǔ)位）舉例讀寫(xiě)時(shí)序2. 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）基本單元電路（一個(gè)二進(jìn)制存儲(chǔ)位）舉例讀寫(xiě)時(shí)序刷新隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）DRAMSRAM存儲(chǔ)原理集成度芯片引腳功耗價(jià)格速度刷新電容觸發(fā)器高低少多小大低高慢快有無(wú)主存緩存3、靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM比較隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）提高訪(fǎng)存速

7、度的措施 調(diào)整主存結(jié)構(gòu) 單體多字 多體并行 采用高速存儲(chǔ)器部件 采用高速緩沖存儲(chǔ)器構(gòu)成 cache主存 層次高速緩沖存儲(chǔ)器一、概述1、問(wèn)題的提出解決CPU訪(fǎng)存優(yōu)先級(jí)低于I/O的問(wèn)題解決CPU和存儲(chǔ)器速度差異的矛盾理論基礎(chǔ)：局部性原理時(shí)間局部性原理空間局部性原理硬磁盤(pán)的歷史 最早的硬盤(pán) 1956年9月IBM, 第一臺(tái)磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）隨機(jī)存儲(chǔ)，5MB，共使用了50個(gè)直徑為24英寸的磁盤(pán)，主要用于飛機(jī)預(yù)約、自動(dòng)銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。 1968年IBM, “溫徹斯特/Winche

8、ster”技術(shù) “密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤(pán)片，磁頭沿盤(pán)片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而不與盤(pán)片直接接觸” 1973年，IBM公司制造出了第一臺(tái)采用“溫徹期特”技術(shù)的硬盤(pán)，目前硬盤(pán)大多是此技術(shù)的延伸。 硬磁盤(pán)的歷史 富士通的8寸硬盤(pán)，3600轉(zhuǎn)，2.8GB，92年出品 基本概念n磁盤(pán)機(jī)磁盤(pán)機(jī)n記錄面記錄面 surfacesurfacen磁頭磁頭 headheadn磁道磁道 tracktrackn柱面柱面 cylindercylindern扇區(qū)扇區(qū) sectorsector 磁盤(pán)地址磁頭磁頭磁盤(pán)機(jī)號(hào)記錄面號(hào)塊號(hào)/扇區(qū)塊內(nèi)地址 基本概念n磁盤(pán)機(jī)磁盤(pán)機(jī)n記錄面記錄面 surfacesu

9、rfacen磁頭磁頭 headheadn磁道磁道 tracktrackn柱面柱面 cylindercylindern扇區(qū)扇區(qū) sectorsector 磁盤(pán)地址磁頭磁頭磁盤(pán)機(jī)號(hào)記錄面號(hào)塊號(hào)/扇區(qū)塊內(nèi)地址相鄰數(shù)據(jù)存放于相鄰數(shù)據(jù)存放于同一柱面的不同同一柱面的不同磁道還是同一盤(pán)磁道還是同一盤(pán)片的不同的磁道片的不同的磁道 格式化容量 扇區(qū)容量S 磁道容量T 每道扇區(qū)數(shù)n S 柱面容量C 記錄面數(shù)m T 單盤(pán)容量 P 每面磁道數(shù)t T 磁盤(pán)容量D = m t n S 記錄面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 非格式化容量非格式化容量記錄面數(shù)記錄面數(shù) 每面磁道數(shù)每面磁道數(shù) 每道信息量每道信息量記錄面數(shù)記錄面數(shù)道密度道密度（最?。┉h(huán)半徑（最?。┉h(huán)半徑位密度位密度道長(zhǎng)道長(zhǎng)磁盤(pán)容量計(jì)算磁盤(pán)磁