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第 6 章 存储系统. —— 本章主要介绍三级存储体系的含义，及存储器的逻辑设计方法。 —— 存储系统是现代计算机系统的重要组成部分，通常由 高速缓冲存储器、主存储器和外存储器 三个层次构成的，主存和高速缓存又是由若干半导体存储器芯片。. 学习目标. 掌握三级存储体系的功能、所用存储器、存取方式、性能，熟练掌握主存储器逻辑设计。 理解 SRAM 和 DRAM 的存储原理、特点、选用原则，动态刷新，主存与 CPU 之间的连接。 了解高速缓存与虚拟存储器的基本思想。. §6 .1 常见的存储器子系统组织 §6.1.1 主存储器 §6.1.2 外存储器
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第 6 章 存储系统 ——本章主要介绍三级存储体系的含义，及存储器的逻辑设计方法。 ——存储系统是现代计算机系统的重要组成部分，通常由高速缓冲存储器、主存储器和外存储器三个层次构成的，主存和高速缓存又是由若干半导体存储器芯片。
学习目标 • 掌握三级存储体系的功能、所用存储器、存取方式、性能，熟练掌握主存储器逻辑设计。 • 理解SRAM和DRAM的存储原理、特点、选用原则，动态刷新，主存与CPU之间的连接。 • 了解高速缓存与虚拟存储器的基本思想。
§6 .1 常见的存储器子系统组织 • §6.1.1 主存储器 • §6.1.2 外存储器 • §6.1.3 高速缓冲存储器 §6 .2 半导体存储器芯片 • §6.2.1 半导体静态存储器举例 • §6.2.2 半导体动态存储器举例 • §6.2.3 半导体只读存储器举例
§6 .3 主存储器组织 • §6.3.1 主存储器的逻辑设计 • §6.3.2 主存储器与CPU的连接 • §6.3.3 高速缓冲存储器 §6 .4 提高存储子系统性能的一些方法 • §6.4.1 高速缓存技术 • §6.4.2 虚拟存储器 • §6.4.3 并行存储系统
§6 .1 常见的存储器子系统组织 • §6.1.1 主存储器 • 主存储器存放CPU当前需要执行的程序和需要处理的数据，以及驻留操作系统的核心部分。 • 主存储器能够由CPU直接编程访问，因位于传统主机的范畴之内，故常称为内存。 • 在存取方式、工作速度和存储容量等方面的特点： （1）采取随机存取方式 （2）工作速度快 （3）有一定存储容量 是指能按地址直接访问存储器中的任一单元，访问时间与地址无关。
主存储器的技术指标 1、存储容量：用一为衡量存储存储信息的能力。 2、存取周期：用来衡量存储器的工作速度。 • 存取周期是指访问一次存储器所需要的时间，即从地址有效到允许更换下一个地址之间的时间。 3、读写时间：用来衡量存储器的读/写速度。（读出时间和写入时间） • 可靠性：包括主存本身的可靠程序和对主存的校验两层含义。 字节数 单元数×位数
§6 .1.2 外存储器 • 外存储器是用来存放需要联机存放，但暂不执行的程序和数据，当需要时再由外存调入主存 • 外存通常由磁盘、磁带等磁表面存储器和光盘存储器构成。 • 在存取方式、工作速度和存储容量等方面的特点： （1）信息组织采取文件、数据块的结构，存取方式采取顺序存取或直接存取。 （2）工作速度较主存慢 （3）存储容量很大，价格低。
§6 .1.3 高速缓冲存储器 • 高速缓冲存储器：设置在CPU和主存之间，用于存放CPU在最近一小段时间内要使用的程序和数据。主要为了解决CPU与主存之间的速度匹配问题。 • 高速缓存用高速半导体存储器构成，存取周期约为几至十几ns。 • 采用随机存取方式，便于CPU直接访问。 • 高速缓存技术利用了程序的局部性原理，即在程序执行的某一小段时间内，所访问的程序指令通常集中在主存的一个局部区域内，并该区域内容会被CPU多次反复使用。
题目：什么是随机存取、顺序存取、直接存取方式，各适用于什么存储器？题目：什么是随机存取、顺序存取、直接存取方式，各适用于什么存储器？ • 随机存取方式——即能按地址直接访问存储器中的任一单元，且访问所需的时间与单元的地址无关。适用于主存储器和高速缓存。 • 顺序存取方式——文件或数据顺序地记录在外存储器（磁带），从开始顺序寻址，找到所需文件、数据块的位置，然后再读写进行。访问的时间与信息在磁中的位置。适用于外存储器。 • 直接存取方式——直接指向存储器中某个较小的局部区域开始顺序寻址，访问的时间与信息所在位置有关。适用于外存储器。
是指用晶体管作为存储介质的存储器。 §6 .2 半导体存储器芯片 • 半导体存储器分类：（按不同的存储原理） 静态存储器是依靠触发器的两个稳定状态存储信息。 动态存储器是依靠电容上的存储电荷来保存信息。 • 半导体存储器采取随机访问的存取方式，即能按地址直接访问存储器中的任一单元，且访问所需的时间与单元的地址无关。
§6.2.1 半导体静态存储器举例 1、存储原理： • 见教材P276页图6-3 六管静态MOS存储单元 2、芯片引脚功能 3、读/写时序 Intel2114是一种曾经广泛使用的静态MOS存储（SRAM）芯片，它的容量较小，为1K×4位,即每个芯片上有1K个编址单元，每个单元有4位，因此，一块2114芯片有4096个存储电路单元，可以存储4096位二进制代码。
§6.2.2 半导体动态存储器举例 Intel2164是一种动态MOS存储（DRAM）芯片，容量为64K×1位,即每个芯片上有64K个编址单元，每个单元有1位。这64K个单元需要量6位地址寻址。 1、存储原理： • 见教材P279页图6-6 单管动态MOS存储单元 2、芯片引脚功能： 3、读/写时序： 4、动态刷新： 集中刷新方式 分散刷新方式 异步刷新方式
§6.2.3 半导体只读存储器举例 半导体只读存储器的种类： 1、可重编程只读存储器（EPROM） （1）工作原理 （2）引脚功能与工作方式 2、电擦除可重写只读存储器（EEPROM）和快擦写存储器（Flash Memory） 掩模型只读（MROM）存储器 一次编程型只读（PROM）存储器 多次编程型只读存储器（EPROM等）
§6 .3 主存储器组织 §6.3.1 主存储器的逻辑设计 • 通过教材上的两例题学习有关知识 • 例6-1 • 例6-2 • 分析往届试卷上题目。
§6.3.2 主存储器与CPU的连接 1、系统模式： • 定义：系统模式是指系统内CPU与其他部件的连接模式。 • 分类：（按CPU与其他部件的连接方式） • 最小系统模式 • 较大系统模式 • 专用存储总路线模式
（1） 最小系统模式： • 定义：在一些小系统中，常将CPU芯片与存储芯片直接连接，即CPU通过地址线直接向存储器送出地址，通过数据线直接与存储器交换数据，通过控制信号线直接向存储器发出读/写命令，这种连接模式称~。 地址 CPU 数据 R/W M
（2） 较大系统模式： • 定义：在有一定规模的计算机系统中，由于系统总线除了需连接主存外还需连接多个I/O接口，为提高系统总线的驱动能力，增强总线的控制功能，CPU芯片通过地址锁存器、数据缓冲器和总线控制器等缓冲部件与系统总线相连接，主存储挂接在系统总线上，这种连接模式称~。 地址 CPU 地址锁存器 数据 数据缓冲器 R/W 总线控制器 M
（3） 专用存储总线模式： • 定义：当系统所带外围设备较多，并要求访存速度较高时，可以在CPU与主存储器之间建立一组专用的高速存储总线，以缓解因频繁使用系统总线而产生的瓶颈，这种连接模式称~。 系统总线 CPU M 存储总线
2、速度匹配与时序控制 • 由于CPU的工作速度高于主存的存取速度，所以计算机在时序控制上用两种周期（时钟周期和总线周期）。 3、数据通路匹配 • 总线的数据通路宽度：即数据总线一次能并行传送的位数，称为~。 4、有关主存的控制信号： • 读/写命令： • 片选信号 • 选择命令 • 存储器扩展信号
§6 .4 提高存储子系统性能的一些方法 • 该部分内容了解。 • §6.4.1 高速缓存技术 • §6.4.2 虚拟存储器 • §6.4.3 并行存储系统
小结 • 典型的存储子系统采取三级结构：Cache、主存、外存。 • 半导体存储又分为静态和动态两类。 • 用存储芯片构成半导体存储器的逻辑设计方法是全书的重点之一。
作业 第六章的四道题。
