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besti计组复习-第4、7章
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计组期末复习冲刺 wxc
第 4+7 章 存储系统
一、基本概念
1、框架导图
(附图)
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2、三层次存储系统
理解:在 Cache-主存层和主存-辅存层中,上一层中的内容都只是下一层中的内容的副本,
即 Cache(或主存)中的内容只是主存(或辅存)中的内容的一部分
3、存储器三个性能指标
①存储容量 = 存储字数 * 字长 (如 1M*8 位)
存储字数表示存储器的地址空间大小,字长表示一次存取操作的数据量。
②单位成本:每位价格 = 总成本 / 总容量
③存储速度:数据传输率 = 数据的宽度 / 存取周期
*********************************************************************************
概念辨析
Ⅰ. 存取时间: 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间,分为读
出时间和写入时间。
Ⅱ. 存取周期: 存取周期又称读写周期或访问周期。它是指存储器进行一次完整的读写操
作所需的全部时间,即连续两次独立访问存储器操作(读或写操作)之间所需最小时间间隔。
(分为读周期、写周期)
Ⅲ. 主存带宽:主存带宽又称数据传输率, 表示每秒从主存进出信息的最大数量,单位为
字/秒、字节/秒(B/s)或位/秒(b/s)
※注意:
存取时间不等于存取周期,通常存取周期大于存取时间。这是因为对任何一种存储器,在
读写操作之后,总要有一段恢复内部状态的复原时间【刷新/再生】。
图示:
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二、主存储器
1、基本概念
·记忆单元(位元):具有两种稳态的能够表示二进制数码 0 和 1 的物理器件。(锁存器、
触发器、寄存器)
·存储单元:主存中具有相同地址的位构成一个存储单元。(若干储存元组成储存单元)
·存储体:若干存储单元构成一个存储体。
·主存容量:以字或字节为单位来表示主存储器存储单元的总数。
·编址方式:对存储体中各存储单元进行编号的方式。分为按字节编址和按字编址。
·存储器地址寄存器(MAR):用于存放主存单元地址的寄存器。
·存储器数据寄存器(MDR):用于存放主存单元中的数据的寄存器。
➔存储字、编址单位和传输单位的相关概念【编码参看指令】
·机器字长:运算器中参加运算的寄存器的位数。
·存储字:①存储器按机器字长组织的一个“自然”单位。它的长度一般应等于一个数或指
令的位数。但大多数机器并不是这样。②存储芯片中的一个读写单位。
·编址单位:一个存储单元的位数。有的按字编址,有的按字节编址,等等。
·传输单位:对主存而言,指一次从存储器读出或写入的数的位数,它可以不等于存储字
的长度,也可不等于编址单位。对外存而言,数据通常按块传输。
(例如:386/486 等,其编址单位为字节、字长为 32 位,单字位数为 16 位,但传输单位
可以是 8/16/24/32 位。)
主存的主要技术指标:主存容量、存储器存取周期、存储周期。
2、主存储器分类
3、主存储器与 CPU 的连接
(1)连接原理:
①主存储器通过数据总线、地址总线
和控制总线与 CPU 连接。
②数据总线的位数与工作频率的乘积
正比于数据传输率。
③地址总线的位数决定了可寻址的最
大内存空间。
④控制总线(读/写)指出总线周期类
型和本次输入/输出操作完成的时刻。
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(2)主存储器组成和指令执行原理
(3)主存基本操作
4、随机存储器 RAM
4.1、概述
RAM 分为 SRAM(静态随机存储器)和 DRAM(动态随机存储器),它们都属于易失
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性存储器,只要电源被切断,原来保存的信息便会丢失。DRAM 的每位价格低于 SRAM,速
度也慢于 SRAM,价格差异主要是因为制造 SRAM 需要更多的硅。
主存储器由 DRAM 实现,靠处理器的那一层(Cache)则由 SRAM 实现。
4.2、SRAM
原理:静态随机存储器(SRAM)的储元是用双稳态触发器(元晶体管 MOS)来记忆
信息的,因此即使信息被读出后,它仍保持其原状态而不需要再生(非破坏性读出)。
SRAM 的存取速度快,但集成度低,功耗大,价格高,一般用于高速缓冲存储器。
4.3、DRAM
①原理:
动态随机存储器(DRAM)是利用存储元电路中栅极电容上的电荷来存储信息的,但
其电容上的电荷一般只能维持 1-2ms,因此即使电源不断电,信息也会自动消失,为此每隔一
定时间必须刷新(即将存储单元的信息读出在立马写入),通常取 2ms,存储器两次完整刷新
之间的时间间隔称为刷新周期,信息存储到泄漏之间必须完成刷新称为最大刷新周期。
②再生:
“再生”概念:DRAM 通过电荷充积实现信息存储,但因电容漏电荷信息会消失,为
保证不消失需要再充电,这一过程称为再生/刷新,DRAM 采用“读出”方式进行再生。
③DRAM 刷新——按行刷新,与行地址有关
三种刷新方式:集中刷新、分散刷新、异步刷新(集中+分散)
Ⅰ. 集中刷新:指在一个刷新周期内,利用一段固定的时间,依次对存储器的所有行进
行逐一再生,在此期间停止对存储器的读写操作,称为“死时间” 或访存“死区”。
优点:读写操作时不受刷新工作的影响;
缺点:在集中刷新期间(死区)不能访问存储器。
Ⅱ. 分散刷新:把对每行的刷新分散到各个工作周期中。一个存储器的系统工作周期
前半部分用于正常读、写或保持,后半部分用于刷新。这种刷新方式增加了系统的存取周期。
优点:没有死区;
缺点:加长了系统的存取周期, 降低了整机的速度。
Ⅲ. 异步刷新:前两种方法的结合,既可缩短“死时间”,又能充分利用最大刷新间隔的
特点。将刷新周期除以行数,得到两次刷新操作之间的时间间隔。
可以避免连续等待过长时间,而且减少刷新次数,从根本上提高整机工作效率。
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