第7章存储系统存储系统是构成计算机不可缺少的组成部分，其性能将直接影响计算机的性能。本章在描述存储系统层次结构的基础上，将对计算机存储
系统的各部分进行详细说明。7.1存储系统概述7.1.1存储系统的层次结构一台计算机中可能会包括各种存储器，如CPU内部的通
用寄存器组、Cache，CPU外部的二级Cache、三级Cache，主板上的主存储器，主板外的联机(在线)磁盘存储器以及脱机(离线
)的磁带存储器、光盘存储器等。这是一些具体的物理存储器，每一种都有它们具体的技术指标。计算机存储系统的层次结构如图7-1所示。7.
1.2存储器的分类1.按存储信息介质分类2.按在计算机中的用途分类3.按存放信息的易失(挥发)性分类4.按存取方式分类
5.按存储器的读写功能分类7.1.3存储器的性能指标1.存储容量2.存储器的速度1)存取时间2)存取周期3)存储器
带宽3.可靠性4.功耗5.价格7.2主存储器本节将描述与计算机内存有关的问题，包括主存的构成、高速缓存及虚拟存储器
。现在构成计算机主存的毫无例外都是半导体存储器，下面将逐一加以介绍。7.2.1随机读写存储器1.RAM的内部译码结构及单元电
路1)内部译码结构(1)一维译码。(2)二维译码。7.2.1随机读写存储器2)单元电路(1)SRAM。(2)DRA
M。7.2.1随机读写存储器2.主存储器的组成及接口1)存储器与CPU速度上的协调2)内存构成(1)单块存储器芯片的连
接。①引线功能。②6264(6164)的工作过程。③连接。(2)内存的字扩展。(3)内存的位扩展。(4)80x86内存
的连接。①8086的内存接口。a.8086系统中内存奇偶分体。b.连接。②80386、80486的内存接口。a.与内存接
口相关的信号。b.内存的连接。③Pentium处理器的内存组织。7.2.2只读存储器1.概述1)掩膜工艺ROM2)可
一次编程ROM(PROM或OTP)3)可擦除重写的PROM2.EPROM1)EPROM2764的引线2)EPROM27
64的连接3)EPROM的擦除与编程(1)擦除。(2)编程。①标准编程。②快速编程。7.2.2只读存储器3.EEP
ROM1)典型EEPROM芯片介绍2)EEPROM98C64A的工作过程(1)读出数据。(2)写入数据。3)EEPRO
M的连接使用4)闪速存储器7.2.3动态读写存储器1.概述1)DRAM2164的引线2)DRAM的工作过程(1)读
出数据。(2)写入数据。(3)刷新。3)DRAM的连接4)DRAM的刷新7.2.3动态读写存储器2.内存条1)SD
RAM(1)异步与同步。(2)内部组织结构。(3)读写方式。(4)智能化。2)典型芯片3)连接举例4)说明(1)D
DRSDRAM(2)内存条的说明。7.2.4主存储器校验1.主存的奇偶校验2.交叉校验3.内存的海明码校验及纠错7.
2.5其他存储器1.多端口存储器1)引线2)同时操作3)竞争的消除2.多体交叉存储器1)多体并行访问2)多体交叉
访问7.2.5其他存储器3.相联存储器1)检索寄存器2)屏蔽寄存器3)存储体4)比较电路5)匹配寄存器6)数据寄
存器7.3高速缓冲存储器若计算机内存全部采用低价的慢速存储器作为内存，则CPU的高速度无法发挥出来；若全部采用高价的快速存储器
作为内存，CPU的高速度是能够发挥出来了，但价格又使人无法接收。就PC而言，从80386CPU之后，人们采用高速缓冲存储器(Ca
che)来解决上面的矛盾，使计算机既具有低的价格，又能够发挥CPU的高速度。7.3.1工作原理1.概述1)高速缓冲存储器的
位置2)Cache的构成2.地址映射1)全相联方式2)直接映射方式7.3.1工作原理3)组相联方式7.3.2替换
算法1.随机替换算法(RAND)2.先进先出算法(FIFO)3.近期最少使用算法(LRU)4.最不经常使用算法(LFU)5
.最优替换算法(OTP)7.3.3主存与Cache内容的一致性问题1.写回法2.全写法7.3.4Cache性能分析1
.加速比2.成本3.命中率与Cache容量的关系4.两级Cache7.3.5Pentium的CachePentium
处理器是PC广为采用的主流处理器。其有多种型号，这里给出PentiumⅡ处理器的简化结构框图如图7-44所示。7.4虚拟存储
器在计算机存储系统中，虚拟存储器是非常重要的。可以说，没有虚拟存储器就不可能有性能好的计算机。目前，虚拟存储器存在于所有PC、服务
器等计算机中。7.4.1虚拟存储器的概念虚拟存储器是指由价格比较贵、容量不太大、速度相对比较高的主存储器和价格很低、容量非常大
、速度慢的外部(辅助)存储器，在操作系统及辅助硬件的管理下，构成的像单一的、可直接访问的超大容量的主存储器一样的存储器系统。虚拟存
储器的结构形式如图7-45所示，它是在硬、软件的管理支持下，由主存和辅存共同实现的。7.4.2虚拟存储器的管理1.页式虚拟存
储器1)地址变换2)快表与慢表2.段式虚拟存储器3.段页式虚拟存储器7.4.3几点说明1.多用户工作2.调度方式(
1)分页式(2)请求页式3.替换算法7.4.4Pentium虚拟存储器1.保护模式下的分段管理2.保护模式下的分页管理1)页表2)页目录3)页变换过程7.5课后练习1.填空题2.选择题3.简答题4.操作题参见教材P262 |
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