《存儲系統(tǒng)》課件

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1、第四章存儲系統(tǒng)存儲器的兩大功能：1、存儲（寫入Write）2、取出（讀出Read）三項基本要求：1、大容量2、高速度3、低成本4.1概述4.1.1存儲器相關(guān)特性1.存取時間從存儲器收到讀(或?qū)?申請命令,到從存儲器讀(或?qū)懭?信息所需的時間稱為存取時間(存儲器訪問時間)2.存取周期存取周期指示存儲器做連續(xù)訪問操作過程中一次完整的存取操作所需的全部時間。指本次存取開始到下一次存取開始之間所需的時間。即存取時間加上一段附加時間。4.1.1存儲器相關(guān)特性3.數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率是數(shù)據(jù)傳入或傳出存儲器的速率。R

2、單位：位數(shù)/每秒（bps）4.1.2存儲器的分類1.按存儲器在系統(tǒng)中的作用分類（1）主存（內(nèi)存）主要存放CPU當前使用的程序和數(shù)據(jù)。速度快容量有限（2）輔存（外存）存放大量的后備程序和數(shù)據(jù)。速度較慢容量大（3）高速緩存存放CPU在當前一小段時間內(nèi)多次使用的程序和數(shù)據(jù)。速度很快容量小4.1.2存儲器的分類2.按存儲介質(zhì)分類（1）半導體存儲器利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息靜態(tài)存儲器:依靠電容存儲電荷的原理存儲信息（2）磁表面存儲器動態(tài)存儲器:容量大，長期保存信息，利用磁層上不同方向的磁化區(qū)域表示信息。非破壞性讀出

3、，作外存。功耗較大,速度快,作Cache。功耗較小,容量大,速度較快,作主存。4.1.2存儲器的分類（3）光盤存儲器速度慢。利用光斑的有無表示信息。容量很大，非破壞性讀出，長期保存信息，作外存。3.按存取方式分類隨機存?。嚎砂吹刂吩L問存儲器中的任一單元，（1）隨機存取存儲器訪問時間與單元地址無關(guān)。4.1.2存儲器的分類RAM存取周期或讀/寫周期固存：（ns）：可讀可寫ROM：只讀不寫PROM：用戶不能編程用戶可一次編程EPROM：用戶可多次編程（紫外線擦除）EEPROM：用戶可多次編程（電擦除）速度指標

4、：作主存、高速緩存。4.1.2存儲器的分類（2）順序存取存儲器（SAM）訪問時讀/寫部件按順序查找目標地址，訪問時間與數(shù)據(jù)位置有關(guān)。如:磁帶等待操作平均等待時間讀/寫操作兩步操作速度指標（ms）數(shù)據(jù)傳輸率（字節(jié)/秒）4.1.2存儲器的分類（3）直接存取存儲器（DAM）訪問時讀/寫部件先直接指向一個小區(qū)域，再在該區(qū)域內(nèi)順序查找。訪問時間與數(shù)據(jù)位置有關(guān)。如:磁盤三步操作定位（尋道）操作等待（旋轉(zhuǎn)）操作讀/寫操作速度指標平均定位（平均尋道）時間平均等待（平均旋轉(zhuǎn)）時間數(shù)據(jù)傳輸率（ms）（ms）（位/秒）4.1

5、.3存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三級存儲體系結(jié)構(gòu)：高速緩存—主存—外存1）主存儲器：指能由CPU直接編程訪問的存儲器。存放需要執(zhí)行的程序和需要處理的數(shù)據(jù)。也稱為內(nèi)存。2）外存儲器：指用來存放需要聯(lián)機保存但暫不使用的程序和數(shù)據(jù)。對主存的補充和后援。位于主機的邏輯范疇之外。簡稱為外存。3）高速緩存：存放最近要使用的程序和數(shù)據(jù)。解決CPU和主存之間的速度匹配。4.1.3存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.主存-外存層次為虛擬存儲提供條件。增大容量。將主存空間與部分外存空間組成邏輯地址空間；CPUCache主存外存CPU主存外存用戶使

6、用邏輯地址空間編程；操作系統(tǒng)進行有關(guān)程序調(diào)度、存儲空間分配、地址轉(zhuǎn)換等工作。4.1.3存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2.主存-高速緩存層次提高速度。CPUCache主存命中不命中4.2半導體存儲單元與存儲芯片工藝雙極型MOS型TTL型ECL型速度很快、功耗大、容量小電路結(jié)構(gòu)PMOSNMOSCMOS功耗小、容量大工作方式靜態(tài)MOS動態(tài)MOS（靜態(tài)MOS除外）存儲信息原理靜態(tài)存儲器SRAM動態(tài)存儲器DRAM（雙極型、靜態(tài)MOS型）：依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機制存儲信息。（動態(tài)MOS型）：依靠電容存儲電荷的原理存儲信

7、息。功耗較大,速度快,作Cache。功耗較小,容量大,速度較快,作主存。4.2.1雙極型存儲單元與芯片基本邏輯電路1.二極管：2.肖特基二極管：3.三極管：集電極c基極b發(fā)射極e三極管相當于一個由基極控制的無觸點開關(guān)。當基極和發(fā)射極之間的電壓差較大時，三極管通導，集電極和發(fā)射極電壓基本相同。4.2.1雙極型存儲單元與芯片1.TTL型存儲單元V1V2ZTTL原理：用兩個雙射極晶體管交叉反饋，構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)電路。左圖中，V1，V2交叉反饋，構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)電路，發(fā)射極接字線Z，如果字線Z為低電平，可讀/寫，如果字線Z

8、為高電平，則數(shù)據(jù)保持。W和W是位線，數(shù)據(jù)通過W和W讀出或?qū)懭?。讀放AD1D2BWVccW4.2.1雙極型存儲單元與芯片定義：當V1通導而V2截止時，存儲信息為0，當V2通導而V1截止時，存儲信息為1。TTL的讀寫方式(字位線和時間關(guān)系）W3VW1.6VZ3V3V寫1保持讀保持寫0保持讀0.3V時間t1.6V4.2.1雙極型存儲單元與芯片2.TTL型存儲芯片12345678161514131211109VccA1A2A3DI4DO4DI3DO