清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS第4章存储系统
第4章 存储系统
清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS目录4. 1存储系统概述4.2半导体存储器的组成4.3存储器与CPU的连接4.4高速缓冲存储器Cache4. 5虚拟存储器本章小结上一页
目 录 4.1 存储系统概述 4.2 半导体存储器的组成 4.3 存储器与CPU的连接 4.4 高速缓冲存储器 Cache 4.5 虚拟存储器 本章小结 上一页
清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS4.1存储系统概述存储系统的概念4.1.14.1.2存储器的体系结构4.1.3存储器的分类4.1.4存储器的主要性能指标上一页
4.1.1 存储系统的概念 4.1.2 存储器的体系结构 4.1.3 存储器的分类 4.1.4 存储器的主要性能指标 4.1 存储系统概述 上一页
清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS存储系统的概念4.1.1 7存储系统的定义是：由两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用软件、硬件或软硬件相结合的方法连接起来所构成的一个存储器整体。该存储器的速度接近其中速度最快的那个存储器，存储容量接近其中容量最大的那个存储器，位价格接近其中最便宜的那个存储器。现代微型计算机通常有两种存储系统，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硬盘存储器构成的虚拟存储系统。这两种存储系统的作用是不相同的，Cache存储系统的主要自标是提高存储器的速度；而虚拟存储系统的主要目标是增加存储器的存储容量。上一页
存储系统的定义是：由两个或两个以上速度、容量和价格 各不相同的存储器用软件、硬件或软硬件相结合的方法 连接起来所构成的一个存储器整体。该存储器的速度接 近其中速度最快的那个存储器，存储容量接近其中容量 最大的那个存储器，位价格接近其中最便宜的那个存储 器。 现代微型计算机通常有两种存储系统，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硬 盘存储器构成的虚拟存储系统。这两种存储系统的作用 是不相同的，Cache存储系统的主要目标是提高存储器的 速度；而虚拟存储系统的主要目标是增加存储器的存储 容量。 4.1.1 存储系统的概念 上一页
清华大学出版社TSINGHUA UNIVERSITYPRESS公（续1）4.1.1 存储系统的概念1.Cache存储系统：在CPU与主存之间增加一级容量不大速度很高的“高速缓冲存储器”（Cache，简称“高速缓存”或“快存”），借助于辅助硬件把高速缓存与主存构成一个整体。该整体具有接近于高速缓存的速度、主存的容量和接近于主存的每位平均价格，解决了速度与成本之间的矛盾。Cache存储系统的管理全部由硬件实现辅助硬件主存CPUCache(a）Cache存储系统上一页
⒈Cache存储系统：在CPU与主存之间增加一级容量不大， 速度很高的“高速缓冲存储器”（Cache，简称“高速缓 存”或“快存”），借助于辅助硬件把高速缓存与主存 构成一个整体。该整体具有接近于高速缓存的速度、主 存的容量和接近于主存的每位平均价格，解决了速度与 成本之间的矛盾。Cache存储系统的管理全部由硬件实现。 4.1.1 存储系统的概念（续1） 上一页
清华大学出版社TSINGHUA UNIVERSITYPRESS（续2）存储系统的概念4.1.1 2.虚拟存储系统：虚拟存储系统由主存储器与外存储器（一般是硬磁盘存储器）构成。虚拟存储系统在操作系统的支持下，将主存和外存看作一个整体，用软硬件相结合的方法进行管理。使得程序员能够对主存和辅存统一编址,这就形成了一个很大的地址空间，称为虚拟地址空间，比实际的主存的存储容量大得多，32位微型计算机可访问的编址空间为4GB。虚拟存储系统具有接近主存的存取速度，又辅助软件及硬件有辅存的容量和接近辅存的位平均价，较好地解决了大容量和主存辅存CPU低成本的矛盾。(b）虚拟存储系统上一页
⒉虚拟存储系统：虚拟存储系统由主存储器与外存储器 （一般是硬磁盘存储器）构成 。虚拟存储系统在操作系 统的支持下，将主存和外存看作一个整体，用软硬件相 结合的方法进行管理。使得程序员能够对主存和辅存统 一编址,这就形成了一个很大的地址空间，称为虚拟地址 空间，比实际的主存的存储容量大得多，32位微型计算 机可访问的编址空间为4GB。 4.1.1 存储系统的概念（续2） 上一页 虚拟存储系统具有接近 主存的存取速度，又 有辅存的容量和接近 辅存的位平均价，较 好地解决了大容量和 低成本的矛盾
清华大学出版社TSINGHUA UNIVERSITYPRESS公（续3）4.1.1存储系统的概念，CPU不直在虚拟存储系统中，辅存只与主存交换信息，接访问辅存，因此，辅存的存取速度可以慢些关于虚拟地址空间对于虚拟存储系统，由于磁盘存储器实际上不像主存储器那样可以随机访问，它的地址空间不能直接被一般指令访问，而主存储器的地址空间对于使用较大规模程序的用户来说又显太小。因此，虚拟地址空间既不是主存储器的地址空间，也不是磁盘存储器的地址空间，它是为使用者另外设计的。这个虚拟地址空间远大于主存储器的实际地址空间，而且采用与主存储器同样的随机访问方式。上一页
在虚拟存储系统中，辅存只与主存交换信息，CPU不直 接访问辅存，因此，辅存的存取速度可以慢些。 关于虚拟地址空间 对于虚拟存储系统，由于磁盘存储器实际上不像主存 储器那样可以随机访问，它的地址空间不能直接被一般指 令访问，而主存储器的地址空间对于使用较大规模程序的 用户来说又显太小。因此，虚拟地址空间既不是主存储器 的地址空间，也不是磁盘存储器的地址空间，它是为使用 者另外设计的。这个虚拟地址空间远大于主存储器的实际 地址空间，而且采用与主存储器同样的随机访问方式 。 4.1.1 存储系统的概念（续3） 上一页
清华大学出版社TSINGHUA UNIVERSITYPRESS4.1.2存储器的体系结构采用由多级存储器组成的有层次结构的存储体系。存储器的层次结构如下：最内层是指CPU中的通用寄存器，可以把CPU中的通用寄存器看成是速度最快的存储器。一级Cache设置在CPU和主存之间，安装在CPU芯片内部，它的工作速度很快。可以很好地`PT寄存器与CPU的速度相匹配。二级Cache（有时还一级Cache有三级Cache）可以集成在CPU芯片中，也二级Cache主存可以安装在主板上。多级Cache的工作速度逐外存级降低，存储容量逐级增大。Cache的外层是主存储器，容量比二级Cache大，速度比二级Cache低；最外层是外存储器，它的存储容量更大，速度更慢。上一页
采用由多级存储器组成的有层次结构的存储体系。存储器的 层次结构如下： 4.1.2 存储器的体系结构 上一页 最内层是指CPU中的通用寄存器，可以把CPU 中的通用寄存器看成是速度最快的存储器。 一级Cache设置在CPU和主存之间，安装在CPU 芯片内部，它的工作速度很快。可以很好地 与CPU的速度相匹配。二级Cache（有时还 有三级Cache）可以集成在CPU芯片中，也 可以安装在主板上。多级Cache的工作速度逐 级降低，存储容量逐级增大。 Cache的外层是主存储器，容量比二级Cache大， 速度比二级Cache低；最外层是外存储器，它 的存储容量更大，速度更慢
清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS4.1.3存储器的分类1.按存取方式分类(1)随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)(2)只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）(3)顺序存取存储器SRAM（SequentialRandomAccess Memory)(4)直接存取存储器DAM（DirectAccessMemory）上一页
4.1.3 存储器的分类 ⒈按存取方式分类 ⑴随机存取存储器RAM（Random Access Memory） ⑵只读存储器ROM（Read-Only Memory） ⑶顺序存取存储器SRAM（Sequential Random Access Memory） ⑷直接存取存储器DAM（Direct Access Memory） 上一页
清华大学出版社TSINGHUA UNIVERSITYPRESS（续1）4.1.3存储器的分类2.按存储介质分类(1)半导体存储器：又分为双极型半导体存储器和MOS型半导体存储器。(2)磁表面存储器：根据记录介质的不同形状磁表面存储器有磁盘、磁带、磁鼓和磁卡片等结构形式。(3)光盘存储器上一页
4.1.3 存储器的分类（续1） ⒉按存储介质分类 ⑴半导体存储器：又分为双极型半导体存储器 和MOS型半导体存储器。 ⑵磁表面存储器 ：根据记录介质的不同形状， 磁表面存储器有磁盘、磁带、磁鼓和磁卡片 等结构形式。 ⑶光盘存储器 上一页