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1、Chapter4 存儲器系統(tǒng) 1. 存儲器概述 1) 存儲器的分類： ①按與CPU的連接和功能分類：主存儲器（主存、內(nèi)存）、輔助存儲器（輔存、外存）、高速緩沖存儲器（Cache） ①按存取方式分類：隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、順序存取存儲器(SAM)、直接存取存儲器(DAM)。 ③按存儲介質(zhì)分類：磁存儲器、半導體存儲器、光存儲器。 ③按信息的可保存性分類：易失性存儲器、非易失性存儲器。 2) 主存的組成與操作 （1）組成： （2）讀、寫操作 (3)概念術(shù)語：存儲元/存儲位、存儲單元、存儲體。 存儲元件（存儲元、存儲位）：存儲一位二進制信息的物理

2、器件。存儲元是存儲器 中最小的存儲單位。 存儲單元：一組存儲元件/存儲位。每個存儲單元被賦予唯一的編號（存儲單元的地址），用于訪問該存儲單元。 存儲體（存儲陣列）：大量存儲單元。 (4) 存儲器的主要性能指標: ①存儲容量: ②速度:訪問時間TA （讀寫時間、存取時間）、存取周期TM（存儲周期、讀寫周期 ）、帶寬Bm （存儲器數(shù)據(jù)傳輸率、頻寬 ）。 3) 主存與CPU的連接：需要MAR和MDR。 2. 半導體存儲器的組成： 1) 半導體存儲器的分類 SRAM是靠觸發(fā)器電路存儲信息的，所存的信息表現(xiàn)為雙穩(wěn)態(tài)電路的電平，所以不需要刷新。 DRAM是靠電容存儲信息

3、的，所存信息表現(xiàn)為電容上的電荷。由于電路中存在一定的漏電流，致使電容慢慢放電，導致所存信息丟失。因此必須在電容放電到一定程度前，重新寫入信息，這一過程稱為刷新。 用ROM組成控存。 2) 半導體存儲器的組織：一個存儲器總是由一定數(shù)量的存儲器芯片構(gòu)成。 組成一個存儲器，需要考慮的問題： ① 如何選擇芯片； ② 所需的芯片數(shù)量； ③ 如何把許多芯片連接起來：在位數(shù)和單元數(shù)方面擴展，按擴展方向可分為：位擴展、字擴展、字和位同時擴展。 a. 位擴展（擴字長）——要求畫圖 【例】：用2114芯片（1K×4位）構(gòu)成1K×8位的存儲器。 b. 字擴展（擴字數(shù)）——要求畫圖、寫

4、出各芯片的地址范圍 【例】：用16K×8位的芯片構(gòu)成64K×8位的存儲器，并寫出各芯片的地址范圍。 設(shè)存儲器從0000H開始連續(xù)編址，則四塊芯片的地址分配： c. 字和位同時擴展——要求畫圖 【例】：用2114(1K×4位)芯片構(gòu)成4K×8位的存儲器。 計算過程： ①　 需要的芯片總數(shù)： ②　 數(shù)據(jù)線：4——>8；所以8/4=2片為一組，共8/2=4組；所以需要4個選片地址（2:4譯碼器） ③　 地址線：10——>12；10根用來片內(nèi)尋址，2根用來選片尋址。 ④　 各個芯片組的地址范圍： 3. 輔助存儲器： 磁盤地址的表示： 【例】已知：磁盤組的

5、磁盤片數(shù)（每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用）、內(nèi)徑(cm)、外徑(cm)、道密度(道/cm)、內(nèi)層位密度(位/cm)、轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)、平均尋道時間（ms）。求： (1) 可用的存儲面數(shù)=盤片數(shù)×2 - 2 （個） (2) 柱面數(shù)=磁道數(shù)=道密度×(外徑 - 內(nèi)徑)/2 （個） (3) 每道存儲字節(jié)(每條磁道容量) = 內(nèi)層位密度×內(nèi)層周長 （字節(jié)） (4) 盤組總存儲容量=每道存儲字節(jié)×磁道數(shù)×有效記錄面數(shù) （字節(jié)） (5) 數(shù)據(jù)傳輸率： ①　 數(shù)據(jù)傳輸率== 轉(zhuǎn)速×每道存儲字節(jié) (字節(jié)/秒) ②　 數(shù)據(jù)傳輸率== 線速度×位密度 (字節(jié)/秒) (6) 平均尋

6、址時間=平均磁道定位時間+平均旋轉(zhuǎn)等待時間 （毫秒） 注意：平均磁道定位時間固定為10ms，平均旋轉(zhuǎn)等待時間=磁盤旋轉(zhuǎn)半圈的時間。 (7) 采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址? 采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個扇區(qū)。 計算扇區(qū)個數(shù)=磁道容量／每扇容量 （個） 磁盤地址：磁頭號 + 柱面號 + 扇區(qū)號 磁頭號：磁頭數(shù)=存儲面數(shù)，用二進制數(shù)編碼；柱面號：柱面數(shù)，用二進制數(shù)編碼；扇區(qū)號：扇區(qū)數(shù)，用二進制數(shù)編碼?！　　? (8) 如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上? 答：如果某文

7、件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一柱面上，因為不需要重新尋道，數(shù)據(jù)讀寫速度快。 4. 高速緩沖存儲器： 1) 概念：命中、不命中、命中率 ①Cache命中(hit)：CPU欲訪問的數(shù)據(jù)已在Cache中。（訪主存、訪Cache） ②Cache不命中(miss)：CPU欲訪問的數(shù)據(jù)不在Cache內(nèi)。（訪Cache） ③命中率：CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的比率。 2) 替換算法：先進先出 （ FIFO ）算法、近期最少使用（ LRU）算法。 3) 讀操作： 4) 寫操作： 如果Cache命中:寫直達法、寫回法。 如果Cache不命中，就直接把信息寫入主存，而與Cache無關(guān)。 5) Cache的性能分析 命中率：CPU 欲訪問的信息在 Cache 中的 比率。 設(shè)Nc為訪問Cache的總命中次數(shù)，Nm為訪問主存的總次數(shù),則 Cache 命中率為: H= Nc/(Nc+Nm)