计算机系统结构课件：第三章 存储系统.ppt

计算机系统结构中的存储系统是计算机硬件的重要组成部分，其主要任务是存储程序和数据，以便CPU能够高效地访问和处理它们。存储系统通常由多个层次的存储器构成，这些存储器在速度、容量和成本上各不相同，形成一个多层次的存储体系。 1. 存储系统概述 存储系统的核心是主存储器，它直接与CPU交互，存储当前运行的程序和数据。辅助存储器（如硬盘）则用于长期存储大量等待运行的程序和数据。通用寄存器组是一组快速访问的存储单元，用于暂时保存频繁使用的数据，提高处理速度。 2. 存储系统的三个基本参数 - 存储容量（S）：衡量存储系统能存储多少信息，通常用字节（B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）等单位表示。 - 存储器速度（T）：指存储器访问数据的速度，通常用存储器访问周期来衡量，该周期包括读取和写入数据的时间。 - 存储器价格（C）：衡量单位容量的成本，以美元每比特（$C/bit）或美元每千字节（$C/KB）表示。 3. 存储系统的层次结构 存储系统通常按照速度由快到慢、容量由小到大、价格由高到低的顺序分层。从最快到最慢依次为： - 通用寄存器 - 高速缓冲存储器（Cache） - 主存储器（内存） - 辅助存储器（硬盘等） - 脱机大容量存储器（如磁带库） 每级存储器的速度（Ti），容量（Si）和成本（Ci）遵循Ti<Ti+1，Si<Si+1，Ci>Ci+1的规律，确保较高的性价比。 4. 存储系统的包含性和一致性 包含性意味着下层存储器包含上层存储器的所有信息，而一致性是指当上层存储器中的信息更改时，下层的副本也必须同步更新，以保持信息的准确无误。 5. 并行存储器 为了提高存储系统的性能，有两种主要方法： - 多体并行访问存储器：在同一存储周期内，多个存储体可以同时读写数据，但可能会导致访问冲突，如取指令冲突、读写冲突等。 - 多体并行交叉访问存储器：通过分时启动和交叉访问技术，减少冲突，提高存储带宽，但可能因为程序局部性原理而效率降低。 存储带宽（Bandwidth）是衡量存储系统性能的关键指标，表示单位时间内能访问的数据量。为了解决带宽平衡问题，可以采用并行访问、设置缓冲存储器以及使用Cache存储系统。 计算机系统结构中的存储系统是一个复杂而关键的组件，通过多层次、并行访问和一致性管理策略，实现了高效、经济的数据存储和处理。