组原章节小结_Chapter4 存储器系统

Chapter4 存储器系统1. 存储器概述1) 存储器的分类：按与CPU的连接和功能分类：主存储器（主存、内存）、辅助存储器（辅存、外存）、高速缓冲存储器（Cache）按存取方式分类：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、顺序存取存储器(SAM)、直接存取存储器(DAM)。按存储介质分类：磁存储器、半导体存储器、光存储器。按信息的可保存性分类：易失性存储器、非易失性存储器。2) 主存的组成与操作（1）组成：（2）读、写操作(3)概念术语：存储元/存储位、存储单元、存储体。存储元件（存储元、存储位）：存储一位二进制信息的物理器件。存储元是存储器中最小的存储单位。存储单元：一组存储元件/存储位。每个存储单元被赋予唯一的编号（存储单元的地址），用于访问该存储单元。存储体（存储阵列）：大量存储单元。(4) 存储器的主要性能指标:存储容量:速度:访问时间TA （读写时间、存取时间）、存取周期TM（存储周期、读写周期 ）、带宽Bm （存储器数据传输率、频宽 ）。3) 主存与CPU的连接：需要MAR和MDR。2. 半导体存储器的组成：1) 半导体存储器的分类SRAM是靠触发器电路存储信息的，所存的信息表现为双稳态电路的电平，所以不需要刷新。DRAM是靠电容存储信息的，所存信息表现为电容上的电荷。由于电路中存在一定的漏电流，致使电容慢慢放电，导致所存信息丢失。因此必须在电容放电到一定程度前，重新写入信息，这一过程称为刷新。用ROM组成控存。2) 半导体存储器的组织：一个存储器总是由一定数量的存储器芯片构成。组成一个存储器，需要考虑的问题： 如何选择芯片； 所需的芯片数量； 如何把许多芯片连接起来：在位数和单元数方面扩展，按扩展方向可分为：位扩展、字扩展、字和位同时扩展。a. 位扩展（扩字长）要求画图【例】：用2114芯片（1K4位）构成1K8位的存储器。b. 字扩展（扩字数）要求画图、写出各芯片的地址范围【例】：用16K8位的芯片构成64K8位的存储器，并写出各芯片的地址范围。设存储器从0000H开始连续编址，则四块芯片的地址分配：c. 字和位同时扩展要求画图【例】：用2114(1K4位)芯片构成4K8位的存储器。计算过程： 需要的芯片总数： 数据线：48；所以8/4=2片为一组，共8/2=4组；所以需要4个选片地址（2:4译码器） 地址线：1012；10根用来片内寻址，2根用来选片寻址。 各个芯片组的地址范围：3. 辅助存储器：磁盘地址的表示：【例】已知：磁盘组的磁盘片数（每片有两个记录面，最上最下两个面不用）、内径(cm)、外径(cm)、道密度(道/cm)、内层位密度(位/cm)、转速(转/秒)、平均寻道时间（ms）。求：(1) 可用的存储面数=盘片数2 - 2 （个）(2) 柱面数=磁道数=道密度(外径 - 内径)/2 （个）(3) 每道存储字节(每条磁道容量) = 内层位密度内层周长 （字节）(4) 盘组总存储容量=每道存储字节磁道数有效记录面数 （字节）(5) 数据传输率： 数据传输率= 转速每道存储字节 (字节/秒) 数据传输率= 线速度位密度 (字节/秒)(6) 平均寻址时间=平均磁道定位时间+平均旋转等待时间 （毫秒）注意：平均磁道定位时间固定为10ms，平均旋转等待时间=磁盘旋转半圈的时间。(7) 采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘地址?采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个扇区。计算扇区个数=磁道容量每扇容量 （个）磁盘地址：磁头号 + 柱面号 + 扇区号磁头号：磁头数=存储面数，用二进制数编码；柱面号：柱面数，用二进制数编码；扇区号：扇区数，用二进制数编码。(8) 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?答：如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一柱面上，因为不需要重新寻道，数据读写速度快。4. 高速缓冲存储器：1) 概念：命中、不命中、命中率Cache命中(hit)：CPU欲访问的数据已在Cache中。（访主存、访Cache）Cache不命中(miss)：CPU欲访问的数据不在Cache内。（访Cache）命中率：CPU 欲访问的信息在 Cache 中的比率。2) 替换算法：先进先出 （ FIFO ）算法、近期最少使用（ LRU）算法。3) 读操作：4) 写操作：如果Cache命中:写直达法、写回法。如果Cache不命中，就直接把信息写入主存，而与Cache无关。5) Cache的性能分析命中率：CPU 欲访问的信息在 Cache 中的 比率。设Nc为访问Cache的总命中次数，Nm为访问主存的总次数,则 Cache 命中率为: H= Nc/(Nc+Nm)