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1、Chapter4 存儲器系統(tǒng)
1. 存儲器概述
1) 存儲器的分類:
①按與CPU的連接和功能分類:主存儲器(主存、內(nèi)存)、輔助存儲器(輔存、外存)、高速緩沖存儲器(Cache)
①按存取方式分類:隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、順序存取存儲器(SAM)、直接存取存儲器(DAM)。
③按存儲介質(zhì)分類:磁存儲器、半導體存儲器、光存儲器。
③按信息的可保存性分類:易失性存儲器、非易失性存儲器。
2) 主存的組成與操作
(1)組成:
(2)讀、寫操作
(3)概念術(shù)語:存儲元/存儲位、存儲單元、存儲體。
存儲元件(存儲元、存儲位):存儲一位二進制信息的物理
2、器件。存儲元是存儲器
中最小的存儲單位。
存儲單元:一組存儲元件/存儲位。每個存儲單元被賦予唯一的編號(存儲單元的地址),用于訪問該存儲單元。
存儲體(存儲陣列):大量存儲單元。
(4) 存儲器的主要性能指標:
①存儲容量:
②速度:訪問時間TA (讀寫時間、存取時間)、存取周期TM(存儲周期、讀寫周期 )、帶寬Bm (存儲器數(shù)據(jù)傳輸率、頻寬 )。
3) 主存與CPU的連接:需要MAR和MDR。
2. 半導體存儲器的組成:
1) 半導體存儲器的分類
SRAM是靠觸發(fā)器電路存儲信息的,所存的信息表現(xiàn)為雙穩(wěn)態(tài)電路的電平,所以不需要刷新。
DRAM是靠電容存儲信息
3、的,所存信息表現(xiàn)為電容上的電荷。由于電路中存在一定的漏電流,致使電容慢慢放電,導致所存信息丟失。因此必須在電容放電到一定程度前,重新寫入信息,這一過程稱為刷新。
用ROM組成控存。
2) 半導體存儲器的組織:一個存儲器總是由一定數(shù)量的存儲器芯片構(gòu)成。
組成一個存儲器,需要考慮的問題:
① 如何選擇芯片;
② 所需的芯片數(shù)量;
③ 如何把許多芯片連接起來:在位數(shù)和單元數(shù)方面擴展,按擴展方向可分為:位擴展、字擴展、字和位同時擴展。
a. 位擴展(擴字長)——要求畫圖
【例】:用2114芯片(1K×4位)構(gòu)成1K×8位的存儲器。
b. 字擴展(擴字數(shù))——要求畫圖、寫
4、出各芯片的地址范圍
【例】:用16K×8位的芯片構(gòu)成64K×8位的存儲器,并寫出各芯片的地址范圍。
設(shè)存儲器從0000H開始連續(xù)編址,則四塊芯片的地址分配:
c. 字和位同時擴展——要求畫圖
【例】:用2114(1K×4位)芯片構(gòu)成4K×8位的存儲器。
計算過程:
① 需要的芯片總數(shù):
② 數(shù)據(jù)線:4——>8;所以8/4=2片為一組,共8/2=4組;所以需要4個選片地址(2:4譯碼器)
③ 地址線:10——>12;10根用來片內(nèi)尋址,2根用來選片尋址。
④ 各個芯片組的地址范圍:
3. 輔助存儲器:
磁盤地址的表示:
【例】已知:磁盤組的
5、磁盤片數(shù)(每片有兩個記錄面,最上最下兩個面不用)、內(nèi)徑(cm)、外徑(cm)、道密度(道/cm)、內(nèi)層位密度(位/cm)、轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)、平均尋道時間(ms)。求:
(1) 可用的存儲面數(shù)=盤片數(shù)×2 - 2 (個)
(2) 柱面數(shù)=磁道數(shù)=道密度×(外徑 - 內(nèi)徑)/2 (個)
(3) 每道存儲字節(jié)(每條磁道容量) = 內(nèi)層位密度×內(nèi)層周長 (字節(jié))
(4) 盤組總存儲容量=每道存儲字節(jié)×磁道數(shù)×有效記錄面數(shù) (字節(jié))
(5) 數(shù)據(jù)傳輸率:
① 數(shù)據(jù)傳輸率== 轉(zhuǎn)速×每道存儲字節(jié) (字節(jié)/秒)
② 數(shù)據(jù)傳輸率== 線速度×位密度 (字節(jié)/秒)
(6) 平均尋
6、址時間=平均磁道定位時間+平均旋轉(zhuǎn)等待時間 (毫秒)
注意:平均磁道定位時間固定為10ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時間=磁盤旋轉(zhuǎn)半圈的時間。
(7) 采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式,直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?
采用定長數(shù)據(jù)塊格式,直接尋址的最小單位是一個扇區(qū)。
計算扇區(qū)個數(shù)=磁道容量/每扇容量 (個)
磁盤地址:磁頭號 + 柱面號 + 扇區(qū)號
磁頭號:磁頭數(shù)=存儲面數(shù),用二進制數(shù)編碼;柱面號:柱面數(shù),用二進制數(shù)編碼;扇區(qū)號:扇區(qū)數(shù),用二進制數(shù)編碼?! ?
(8) 如果某文件長度超過一個磁道的容量,應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上,還是記錄在同一個柱面上?
答:如果某文
7、件長度超過一個磁道的容量,應(yīng)將它記錄在同一柱面上,因為不需要重新尋道,數(shù)據(jù)讀寫速度快。
4. 高速緩沖存儲器:
1) 概念:命中、不命中、命中率
①Cache命中(hit):CPU欲訪問的數(shù)據(jù)已在Cache中。(訪主存、訪Cache)
②Cache不命中(miss):CPU欲訪問的數(shù)據(jù)不在Cache內(nèi)。(訪Cache)
③命中率:CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的比率。
2) 替換算法:先進先出 ( FIFO )算法、近期最少使用( LRU)算法。
3) 讀操作:
4) 寫操作:
如果Cache命中:寫直達法、寫回法。
如果Cache不命中,就直接把信息寫入主存,而與Cache無關(guān)。
5) Cache的性能分析
命中率:CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的 比率。
設(shè)Nc為訪問Cache的總命中次數(shù),Nm為訪問主存的總次數(shù),則
Cache 命中率為: H= Nc/(Nc+Nm)