第七章　多级结构的存储器系统概述和主存储器

本章主要内容

多级结构的存储器系统概述
主存储器部件的组成和设计
　　■主存储器概述
　　■动态存储器原理
　　■静态存储器原理
　　■存储器的组织
教学计算机的内存储器实例
提高储存器系统性能的途径

存储器系统的概念与目标

存储器的作用
　　■计算机中用来存放程序和数据的部件，是冯·诺依曼结构计算机的重要组成
　　■程序和数据的共同特点：二进制位串

存储器的要求
　　■能够有两个稳定状态来表示二进制中的“0”和“1”
　　■容易识别，两个状态能方便地进行转换
　　■几种常用的存储介质：磁介质、触发器、电容、光盘

存储器追求的目标
　　■尽可能快的存取速度：应能基本满足CPU对数据的要求
　　■ 尽可能大的存储空间：可以满足程序对存储空间的要求
　　■ 尽可能低的单位成本：（价格/位）在用户能够承受范围内
怎么实现这个目标？
　　■ 用多级结构存储器把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由硬软件系统统一调度管理
　　■例如三级结构存储器：cache－主存－虚存

多级结构存储器系统

选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。
例如：用容量更小但速度最快的 SRAM芯片组成 CACHE，容量较大速度适中的 DRAM芯片组成 MAIN MEMORY，用容量特大但速度较慢的磁盘设备构成 VIRTUAL MEMORY。

程序运行的局部性原理

程序运行的局部性原理表现在三方面
　　■时间方面：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问，例如：程序循环

　　■空间方面：在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区，例如：数组存放

　　■指令执行顺序方面：在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )

合理地把程序和数据分配在不同存储介质中

多级结构存储器之间应满足的原则

一致性原则

　　■同一个信息可以处在不同层次存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中应保持相同的值。

包含性原则

　　■处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器中的全部信息是其相邻外层存储器中一部分信息的复制品 。

微电子技术发展趋势

现代计算机中的存储层次

利用程序的局部性原理
　　■以最低廉的价格提供尽可能大的存储空间
　　■以最快速的技术实现高速存储访问

本章主要内容

多级结构的存储器系统概述
主存储器部件的组成和设计
　　■主存储器概述
　　■动态存储器原理
　　■静态存储器原理
　　■存储器的组织
教学计算机的内存储器实例
提高储存器系统性能的途径

主存储器概述

计算机中存储正处在运行中的程序和数据(或一部分) 的部件，通过地址、数据、控制三类总线与 CPU等其他部件连通。

地址总线 AB 的位数决定了可寻址的最大内存空间
数据总线 DB 的位数与工作频率的乘积正比于最高数据入出量
控制总线 CB 指出总线周期的类型和本次读写操作完成的时刻

主存储器概述主存储器的读写过程

读过程： 给出地址 给出片选与读命令 保存读出内容 写过程： 给出地址 给出片选与数据 给出写命令

主存储器概述

主要技术指标
　　■存取时间
　　　　◆通常用读写一个存储单元所需的时间度量，即读写速度
　　■存储周期
　　　　◆连续两次读写存储单元所需的时间间隔
　　　　◆大于读写一次存储单元的存取时间
　　■存储容量
　　　　◆通常用构成存储器的字节（8位）或者字数（2、4、8个字节）表述
　　　　◆多数计算机能在逻辑上同时支持按字节或者字读写存储器

半导体存储器的分类