计算机组成原理（第四章（1）） 第四章 存储器 存储器的层次结构 1）存储器的分类 2）存储器的层次化结构 3）半导体随机存取存储器 1.SRAM存储器的工作原理 2.DRAM存储器的工作原理 4）只读存储器 5）主存储器与CPU的连接 6）双口RAM和多模块存储器 7）高速缓存存储器（Cache） 1.程序访问的局部性原理 2.Cache的基本工作原理 3.cache和主存之间的映射方式 4.Cache中主存块的替换算法 5Cache写策略 8）虚拟存储器 1.虚拟存储器的基本概念 2.页式虚拟存储器 3.段式虚拟存储器 4.段页式虚拟存储器 5.TLB（快表） 基本术语： 记忆单（存储基、存储，位）（cell） 具有两种稳态的能够表示二进制数码0和1的物理器件 存储单（编制单位） 主存中具有相同地址的位构成一个存储单，也称为一个编制单 存储体（存储矩阵，存储阵列） 所有存储单构成的一个存储阵列 编址方式 字节编址、按字编址 存储器地址寄存器（MAR） 用于存放主存单地址的寄存器 存储器数据寄存器（MDR） 用于存放主存单中数据的寄存器 存储器的分类： 1.按存储介质分类 １）半导体存储器 ——》易失的 ２）磁表面存储器 磁盘、磁带 ３）磁芯存储器 硬磁材料、环状件 ４）光盘存储器 激光、磁光材料 ——》非易失的 2.存取方式分类 １）存取时间与物理地址无关（随机访问） 每个单读写时间一样，且与各单所在位置无关（如内存） 随机存储器ＲＡＭ 在程序的执行过程中可读可写 静态ＲＡＭ：触发器原理寄存信息 动态ＲＡＭ：电容充放电原理寄存信息 只读存储器ＲＯＭ 掩模型ＲＯＭ：一旦制成无法更改 可编程ＲＯＭ：可编程一次 可擦除可编程ＲＯＭ：可擦除、编程多次 电可擦除编程ＲＯＭ：可（局部）擦除，编程多次 闪存或快擦型存储器Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ：比ＥＥＰＲＯＭ快得多 ２）存取时间与物理地址有关（串行访问） 顺序存取存储器 数据按顺序从存储载体的始端寻找，然后进行读出或写入，因而存取时间的长短与信息所在位置有关。（如磁带） 直接存取存储器 直接定位到要读写的数据块，在读写某个数据块时按顺序进行（如磁盘） 相联存储器 按内容检索到存储位置进行读写。（如快表） 3.按在计算机中的作用分类
4.按断电后信息的可保存性分类 非易失（不挥发）性存储器（ＮＭ） 信息可以一直保留，不需要电源维持（如ＲＯＭ、磁表面存储器，光存储器等） 易失（挥发）性存储器（ＶＭ） 电源关闭时信息自动丢失（例如ＲＡＭ，Ｃａｃｈｅ等） 5.按功能/容量/速度/所在位置分类 寄存器（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ） 封装在CPU内部，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据 高速缓存（Ｃａｃｈｅ） 位于CPU内部或者附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据 用SRAM实现，速度可与CPU匹配，容量小 内存储器（ＭＭ） 位于CPU外部，用来存放已经被启动的程序以及所用的数据 用DRAM实现，速度较快，容量较大 外存储器（ＡＭ） 位于主机之外，用来存放暂不允许的程序、数据或者存档文件 用磁表面或光存储器实现，容量大而速度慢 存储器的层次结构： 存储器的三个主要特性： 速度 容量 价位
三级存储器结构
由高速缓冲存储器、主存储器和外存储器组成 内存储器：ＣＰＵ能直接访问的存储器 外存储器：ＣＰＵ不能直接访为的存储器，外存储器的信息必须调入内存储器后才能由ＣＰＵ进行处理 Ｃａｃｈｅ存储系统是为了解决主存速度不足提出的 在Ｃａｃｈｅ和主存之间增加辅助硬件，让它们构成一个整体 从ＣＰＵ看，速度接近Ｃａｃｈｅ，容量是主存的容量，位价格接近于主存价格 由于Ｃａｃｈｅ存储系统全部采用硬件来调度，因此对系统程序员和应用程序员是透明的 虚拟存储器是为了解决主存容量不足提出的 在主存和辅存之间，增加辅存的软硬件，让它们构成一个整体 从ＣＰＵ看，速度接近于主存的速度，容量是虚拟的地址空间，每位价格是接近于辅存的价格 由于虚拟存储器需要通过操作系统来调度，因此对系统程序员是不透明的，但对应用程序员是透明的
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