只读存储器 (ROM)
存储器内容是预置的，固定的，无法改写 信息可长期保存
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3.按存储器在计算机中的作用分类
主存储器
速度快，容量小，价格高
目前主要采用半导体存储器
辅助存储器
速度低，容量大，价格便宜
目前主要有磁盘、光盘、闪存、磁盘阵列
高速缓冲存储器 Cache
放置在两个访问速度不一样的存储部件之间，用来暂存
Cache 地址映像与变换机构 Cache替换策略和更新策略
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5.2.2 cache系统的工作原理
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5.2.2 cache系统的工作原理
1.直接映像（direct mapping）
主存和Cache 中字块的对应关系采用直接映像函数为： j=i mod 2c
其中，j 是Cache 的字块号，i是主存的字块号。在这种 映像关系中，主存的第0块，第2c块，第2c+1块，……，只 能映像到Cache的第0块，而主存的第1块，第2c+1块，第 2c+1+1块，……，只能映像到Cache 的第1 块。
全相联映像方式的优点是可以灵活地进行块的分配，块 的冲突率低，Cache 的利用率高。但这是一个理想的方 案。实际上由于它的成本太高而不能采用
5.2.2 cache系统的工作原理
3. 组相联映像（set associative mapping）
组相联映像方式是直接映像和全相联映像方式的一种折中方案。 •组相联映像把主存地址划分成4 段 •Cache 地址分为三段
W 2n£1
…
…
三态控制
输出缓冲器
信息单元 (字)
存储单元
…
Dm－1
D0
存储器的组成
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5.1.3 存储器组成与工作原理
❖ 主存的组成和工作原理
A0 A1 A2 A3 A4 A5
地 址 输 入 缓 冲
X0
●
●
X 地 址 译
X1
0,0
●
0,1
●
. ● 1,0 ● ● 1,1 ●
..
.
码. .
.
器 X63
4Hale Waihona Puke 1. 按存储器的器件和存储介质分类
半导体存储器：由半导体器件组成
双极型存储器、MOS型半导体集成电路存储器 速度快、功耗低
磁存储器：由磁性材料做成
磁芯、磁带、磁盘等 容量大，速度慢、体积大
光存储器：用光学材料根据光学原理存储信息
CD-ROM、DVD-ROM 便于携带，廉价，易于保存
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2.按存取方式分类 顺序存储器（SAM）
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程序局部性原理的具体体现：
程序在执行时，大部分是顺序执行的指令，少部 分是转移和过程调用指令。
程序中存在相当多的循环结构，它们由少量指令 组成，而被多次执行。
程序中存在相当多对一定数据结构的操作，如数 组操作，往往局限在较小范围内。
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5.2.1 Cache系统的基本结构
❖ Cache系统组成
典型存取时间
1 ns 2 ns 10 ns
10 ms 10 s
寄存器 cache存储器 主存储器(RAM和ROM) 外存储器（软盘、硬盘、光盘） 后备存储器（磁带库、光盘库）
典型容量
<1KB
内存储器
几个MB 几个GB
外存储器 100GB-1TB
10TB-100TB
• 分析：速度越快，成本较高。 为了获得好的性能/价格比，计算机中各 种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作
为什么需要高速缓存？ CPU与存储器之间的速度无法匹配 解决之道
采用高速器件提高速度 增加字长，在每个存储周期中存取多个字 增加cache
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高速缓存的理论依据——程序局部性原理
程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地 址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域，包 括： 时间局部性 指令的执行和数据的访问集中在一个较短时期内 空间局部性 指令的执行和数据的访问集中在一个较小区域内。
所存储的内容只能按某种顺序存取 存取所需时间与物理位置有关 顺序存储器的平均存取周期较长，一般用于辅存
随机存储器（RAM）
存储器中的任意存储单元都能随机存取 存取所需时间与物理位置无关 主存主要由RAM组成
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2.按存取方式分类（续）
直接存取存储器（DAM）
介于随机和顺序之间 随机定位信息块，但对信息块是顺序读写
.
●
.
●
● 63,0 ● ● 63,1 ●
…… ……
存储矩阵 64× 64＝ 4096
……
0,63
● 1,63 ●
. . .
● 63,63 ●
DB 输入输出
I/O
缓冲
电路
控制电路
R/W
CS
●
●
●
●
Y0 ●
Y1 ●
……
Y地 址 译 码 器
地址输入缓冲
A6
A7
A8
A9
A10
●
Y63
A11
5.1.4 存储器的层次结构
直接映像的优点是实现简单
直接映像方式的缺点是不够灵活
5.2.2 cache系统的工作原理
2．全相联映像(fully associative mapping)
➢ 主存地址分为两段：主存字段标记m＝t
＋c 位、块内地址b 位
➢Cache 地址也分为两段：块地址c 位、块
内地址b 位。
➢ 主存块内地址与Cache地址块内地址相同
信息和数据
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5.1.2 主存储器的主要性能指标
① 存储容量：一般以字节为单位。 ② 存取速度：取数时间和存取周期。 ③ 价格：用单位存储空间的价格来衡量。 ④ 可靠性：用平均无故障时间来衡量。
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5.1.3 存储器组成与工作原理
❖ 存储单元及其编址
A0 A1
W0 地 W1
址
… …
译
码
存储矩阵
器
An£1
计算机组成 和
操作系统
2021/3/3
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第5章 存储管理
5.1 存储器概述 5.2 高速缓冲存储器 5.3 内存分配方式
5.1 存储器概述
5.1.1 存储器的分类 5.1.2 存储器的性能指标 5.1.3 存储器的组成与工作原理 5.1.4 存储器的层次结构
5.1.1 存储器分类
❖ 按存储器的器件和存储介质分类 ❖ 按存取方式分类 ❖ 按存储器在计算机中的作用分类
• 工作过程：
1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器 2）如需要从(向)存储器中取(存) 数据时，先访问cache，如在，取自cache 3）如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM 4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM →cache
5.2 高速缓冲存储器
5.3 内存分配方式
5.3.1 连续分配存储管理方式 5.3.2 分页式存储管理 5.3.3 段式存储管理 5.3.4 段页式存储管理 5.3.5 虚拟存储管理 5.3.6 各种存储分配策略的比较