第二章存储器介绍.docx

第3章内部存储器
3. 1. 1存储系统概念
存储器是计算机系统中的一种具有记忆功能的 部件，用来存放程序和数据等信息。存储器大致可分 为内存储器和外存储器。内存储器简称内存，也可称 为主存，通常存放当前正在使用、或经常被使用的程 序和数据；磁盘、磁带、光盘及其他类型的存储器等 统称外存，存放当前不处于活动状态的程序和数据。 在程序执行过程中，CPU （中央处理器）直接从内存 储器中取得程序指令，按指令控制计算机的执行，对 内存中的数据进行处理，或由CPU控制将内存中的数 据输出，而运算结果在程序结束前必须全部写入内存 中。外存一般不直接被CPU访问，外存中的程序、数 据只有调入内存中才能被CPU提取执行。其它输入/ 输出设备也直接与内存交换数据。
最小的存储单位：存储一位二进制码0或1
一个CMOS晶体管
硬盘-磁性材料的存储元 存储单元：由若干个存储元组成 存储器：由许多存储单元组成
内存和外存的构成材料、工作方式各 不相同，但并不能说因此就构成了存储系 统。所谓存储系统，是由两个或两个以上 速度、容量和价格各不相同的存储器以总 线相连，用软件、硬件或二者相结合的方 法连接起来成为一个系统。
对程序员来说，它是一个由不同存储 器组成的存储器整体，这个存储器的速度 接近于其中速度最快的那个存储器，存储 容量与其中存储容量最大的那个存储器相 等或接近，单位容量的价格接近于最便宜 的那个存储器。对于一个计算机系统来说, 存储系统性能的优劣，关系到整个计算机 系统的优劣。
存储系统与存储器是两个不同的概念
现代微机通常具有两种存储系统，一种是由 Cache和主存储器构成的Cache存储系统；另一种是由 主存储器和磁盘构成的虚拟存储系统。前者的主要作 用是提高存储器的速度，后者的主要作用是增加存储 器的容量。
Cache存储系统的容量、价格主要由主存储器决 定，而存取速度与Cache接近。由于Cache存储系统全 部由硬件实现，所以程序员通常感觉不到它的存在， 且只需要对主存储器编址访问（因不对Cache进行编 址）。
虚拟存储系统在操作系统的支持下，将主存和外 存统一编址，用软、硬件结合的方法进行管理。该类 存储系统的存储容量接近外存，价格接近磁盘存储器, 而存取速度接近主存储器。

总体上说，存储系统中每一种存储器的性 能都可以用以下四种指标来衡量，这里主要以 内存为例来进行说明。
.存储容量
存储容量是指一个功能完备的存储体能汇 集的最大二进制信息量，它衡量的是计算机存 储信息的能力。
常把当前用到的或经常要用到的部分数据 放到主存中，把其他暂时不用或不常用的部分 放在外存中，当需要时再将其从外存调入内存。 此项工作由操作系统的存储分配管理模块帮助 程序员实现。
.存取速度
与存取速度相关的指标一般有存取时间、存 取周期和存储器带宽等几个因素。信息存入存储 器的操作叫写操作，从存储器取出信息的操作叫 读操作，读、写操作统称作“访问”。从存储器 接收到读（或写）申请命令到完成该操作所需的 时间称为存储器访问时间或存取时间。
存储器的存取时间取决于存储介质的物理特 性和访问机构的类型，它也决定了CPU进行一次 读写操作所必须等待的时间：CPU进行读/写操 作的时间必须大于存储器芯片的额定存取时间， 如果不能满足这一点，计算机无法正常工作。
一台计算机的主存访问时间基本上 是固定的，不受被访问单元在主存中所 处位置的影响。但磁带、磁盘一类存储 器的存取速度既包含了读/写操作的时 间，也要反映磁盘、磁带转动和寻找信 息存储位置的机械运动时间。由于每次 寻找的时间不相同，所以取它们的平均 值，称作“平均存取时间”。
另一个与存取速度有关的指标是“存取周 期” O “存取周期”指示存储器连续进行访问 操作过程中一次完整的存取操作所需的全部时间。
动态RAM存储器：存储器读出操作是破坏性 的，存取周期二读取时间+存储单元恢复时间
静态SRAM存储器：存储器读出操作是非破坏 性的，存取周期二读取时间+存储介质与有关控制 线路恢复时间。
“存取周期的全部时间”指的是存储器能进 行连续访问所允许的最小时间间隔。常被标记在 内存芯片上，如“一15”，“一45”，分别表示 15ns, 45ns等，这个数值越小，表明内存芯片的 存取速度越快，同时价格也越高。
单位时间内存储器可进行读/写的字 节数（或二进制的位数）称为存储器的带 宽，记作Bm。带宽除了与存储周期有关外, 还与存储器一次可读/写的二进制位数有 关。带宽反映的是存储器的数据吞吐量， 常称为存储器的数据传输速率。设存储器 传送的数据宽度有W位（一般情况下W与存 储器字长