3、主存储器(内存)：是CPU直接编程访问的存 储器,存放计算机运行期间处于活跃状态的大 量程序和数据.主存可与Cache交换信息,也可 以直接由CPU访问.由半导体存储器组成. 4、联机外存(磁盘)：用来存放暂时不用但调用 频繁,需联机保存的程序和数据. CPU不能直接访 问,需要时调入主存,是主存直接后援. 5、脱机外存(磁带、光盘)：作为磁盘后援,用于 保存调用不太频繁的信息. 辅助存储器的特点是速度慢、容量大、价格 低.
3.按信息的可保存性分类 (1)易失性(volatile,挥发性)存储器:断电后 信息消失,如RAM； (2)非易失性(nonvolatile,非挥发性)存储 器:断电后信息仍能保存,如ROM、磁芯 存储器、磁表面存储器和光盘存储器. 4.按在计算机系统中的作用分类 主存(内存)、辅存(外存)、Cache、控制 存储器
T1导通 → A低
T6 位 ↑ D
位 线
T7
线
↓
B高 ← T2截止
2
图3.4 六管SRAM存储元件电路图
1
(I/O)
…
Y地址译码线
T8 (I/O)
…
3.2 主存储器的基本结构和操作
3.2.1 SRAM存储器基本存储元的存储原理
下图为MOS六管静态存储元电路图: (1)保持状态： 字线 X地址 保持“1”状态：

二、三级存储体系结构
1、构成：典型的三级存储体系结构,分为“高缓-主存” 和“主存-辅存”两个存储层次,如下图所示：
CPU 中央处理器
cache
M1 cacheBiblioteka M 2 主存M3 外存
图3.3
三级存储体系结构
2、高缓-主存层次：解决CPU与主存之间的速度匹配问 题.Cache速度快于主存,将CPU近期要用的信息调入 Cache,CPU直接访问Cache获取信息,从而提高访存速度. 主存和Cache之间的数据调动由硬件自动完成,对程序员 是透明的.
第三章 存储系统
存储器概述 主存储器的基本构造和操作 半导体存储器芯片 主存储器组织 高速缓冲存储器Cache
高速存储器
虚拟存储器
3.1 存储器概述
3.1.1存储器的基本概念 存储器是计算机的一种具有记忆功能的部 件,用以存放程序和数据,它由一些能表示二进 制数0和1的存储介质组成(常用有半导体器件 和磁性材料).位(bit)是存储器中存储信息的最 小单位,称为存储位或存储元,8位二进制数为 一个字节(Byte),字(Word)是由一个或若干个 字节组成,若干个存储元组成一个存储单元,许 多存储单元的集合形成一个存储体(Memory Bank).存储单元的编号称为地址.
3.1.4 多层次存储体系结构
一、采用多层次存储体系结构的原因：主 存的速度总落后于CPU的需要,主存的容量总落 后于软件的需要.而单一种类的存储器无法同时 满足价格、容量和速度三方面的要求,所以需要 从存储系统结构方面采取措施,即一个计算机系 统的存储器由多种类型不同的存储器组成,构成 不同的存储层次(Memory Hierarchy).典型的多 层存储器体系结构如图3.2示:
T3 T5 A D T1 T2 Vcc T4 B
译码线
T2导通 → B低
T6 位 ↑ D
位 线
T7
线
↓
A高 ← T1截止
2
图3.4 六管SRAM存储元件电路图
1
(I/O)
…
Y地址译码线
T8 (I/O)
…
3.2 主存储器的基本结构和操作
3.2.1 SRAM存储器基本存储元的存储原理
下图为MOS六管静态存储元电路图: X地址 (2)写入状态(X、Y译码 字线 线均为高电平，即T5、 译码线 Vcc T6、T7、T8均导通)：
下图为MOS六管静态存储元电路图: X地址 (2)写入状态(X、Y译码 字线 线均为高电平，即T5、 译码线 Vcc T6、T7、T8均导通)：
T3 T4
位 线 1
T7
T5 A D T1 T2
B
写“1”：
T6 位 D
线 2
位线2为低电平→ B低
→T1截止
(I/O)
图3.4 六管SRAM存储元件电路图
A 0 A 0 A 1A 1 A0 1 & & & 1 &
第三章 存储系统
存储器概述 主存储器的基本构造和操作 半导体存储器芯片 主存储器组织 高速缓冲存储器Cache
高速交叉存储器
虚拟存储器
3.2 主存储器的基本结构和操作
3.2.1 SRAM存储器基本存储元的存储原理
下图为MOS六管静态存储元电路图: 定义:若T1导通 字线 而T2截止,存入 X地址 Vcc 信息为0;若T1截 T3 T4 译码线 止而T2导通,存 A B 入信息为1. T5 T6 位 位 T1 T2 线 D D 线 1 2
通用寄存器
图 多 层 次 存 储 结 构 系 统 3.2
存 储 容 量 越 来 越 主 大 机 ， 内 每 位 价 格 越 外 来 部 越 设 便 宜 备
CPU芯 片内
Cache (静态随机存储器SRAM) 访 问 速 度 越 来 越 快
主存 (动态随机存储器DRAM， SRAM)
联机外部存储器 (磁盘存储器等) 脱机外部存储器 (磁带、光盘存储器等)
…
Y地址译码线
T8 (I/O)
…
位线1为高电平→ A高 →T2导通
3.2.2 主存储器的组成
地址线 地址 译码 驱动 I/O电路 存储体 阵列 数据线
读写控制电路
图3.5 主存储器结构框图
读写控制信号
1、存储体阵列 *记忆元件(记忆单元):能存放并保持1位二进制数的元件.
*存储单元:由若干个记忆元件组成,单元按行、列排列成十 分规整的阵列.
…
T7
(I/O)
Y地址译码线
T8 (I/O)
图3.4 六管SRAM存储元件电路图
…
3.2 主存储器的基本结构和操作
3.2.1 SRAM存储器基本存储元的存储原理
下图为MOS六管静态存储元电路图: (1)保持状态： 字线 X地址 保持“0”状态：
T3 T5 A D T1 T2 Vcc T4 B
译码线
2.按存取方式(method of accessing)分类
(1)随机存储器RAM(random access memory)：任何存储单元内容 均可以按照其地址随机读写,且存取时间与存储单元的物理位置 无关,是一个常量.速度较快,TM为ns级,但断电后信息会丢失.常用 作Cache和主存；
(2)只读存储器ROM( Read Only memory): 只能随机读取, 不能随机写入,可以作为主存的一部分,用以存放不变的 程序和数据,如某些系统程序、专门的子程序,以及用作 函数发生器、字符发生器等.它可分为MROM、PROM、 EPROM和Flash ROM几类; (3)顺序存取存储器SAM( Sequential access memory): 其内 容只能按照某种顺序存取,存取时间的长短与信息在存 储器中的位置有关,是个变量,故SAM只能用平均存取时 间作为衡量存取速度的指标,典型的SAM如磁带机; (4)直接存取存储器DAM(Direct access memory): DAM的 存取方式介于RAM和SAM之间.存取信息时,第一步直接 指向存储器的某个小区(如磁盘上的磁道);第二步再小区 域内顺序检索,直到找到目的地后再进行读写操作.存取 时间与信息所在物理位置有关,是个变量,典型的DAM如 磁盘.
存储单元 地址
0 1 2 3
N-1 N … … 图3.1 存储体结构图
位(bit)
存 储 体
3.1.2内存的性能指标
1.存储容量:能存放二进制位的总量，一般主存和辅存分 别考查。其中主存容量定义如下：
Sm=W×L，W为存储字数，L为存储字长 常用单位为:千(Kilo,K)、兆（Mega,M)、吉（Giga,G）、 太（Tera,T）…
总结：多级存储体系结构中,各个层次的
存储器之间通过硬件和软件有机地结合 成一个统一的整体,无须程序员的干预而 由计算机自动实现调度,向程序员提供足 够大的存储空间,同时最大限度地与CPU 速度匹配. 三级存储体系结构的总体效果是： 存取速度接近于Cache,存储容量接近于 辅助存储器,整体价格也较为合理.
(1)磁芯存储器：利用铁氧体磁性材料制成的环形磁芯的两种不同 剩磁状态来存放二进制代码0或1; (2)半导体(Semiconductor)存储器：利用触发器的双稳态或MOS管 栅极有无电荷来表示二进制的0/1; (3)磁表面(Magnetic-surface)存储器：利用涂在基体表面的一层磁 性材料具有两种不同磁化状态来表示0或1 ,常见有磁带、磁盘等; (4)光存储器：利用激光技术控制访问的存储器,通过激光束照在基 体表面引起物理的或化学的变化,记忆二进制信息.
2.存取速度
存储芯片的工作速度慢于CPU的工作速度,故其对CPU执 行指令的速度影响很大.通常由存取时间TA，存取周期TM和主 存带宽Bm等参数描述. (1)存取时间 (memory access time,TA) :亦称访问时间或读写时 间, 指执行一次读操作或写操作的时间,即从地址传送给主存 开始到数据能被使用为止所经历的时间. 其越小存取速度越快。 (2)存取周期(memory cycle time,TM):连续两次访问存储器操作 所需间隔的最短时间,又称为读/写周期、访存周期.由于存储 器在一次存储操作后需要有一定的恢复时间,故通常TA < TM。 (3)存储器带宽(频宽):单位时间内存储器所存取的信息量,单 位为位/秒,记为 Bm. Bm=W/TM(位/秒) 其中 W——每次R/W 数据的宽度,一般等于Memory字长; TM——存取周期. 按此定义Bm也被叫做存储器的数据传输率.