計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成電子教案（第3章.ppt

1、東南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,主講教師： 徐造林,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,第3章 存儲(chǔ)系統(tǒng), 存儲(chǔ)器是存放（指令）程序和數(shù)據(jù)的部件，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。, 存儲(chǔ)系統(tǒng)由各類存儲(chǔ)設(shè)備及有關(guān)的軟件所構(gòu)成。, 有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)就具有記憶能力，因而能自動(dòng)地進(jìn)行操作。,3.1 存儲(chǔ)器概述 存儲(chǔ)器的基本概念, 存儲(chǔ)容量：能存放的二進(jìn)制位數(shù)或字節(jié)數(shù)；, 存儲(chǔ)器的速度：可用訪問(wèn)時(shí)間、存儲(chǔ)周期或頻寬來(lái)描述。, 存儲(chǔ)介質(zhì)：能表示二進(jìn)制1和0的物理部件；, 存儲(chǔ)元：存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼信息的器件；, 存儲(chǔ)單元：若干個(gè)存儲(chǔ)元的集合，它可以存放一個(gè)字或一個(gè)字節(jié)；, 存儲(chǔ)體：若干個(gè)存儲(chǔ)單元的集合；, 地址：存儲(chǔ)單元的編號(hào)；,3.1.

2、1 存儲(chǔ)器分類,1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類, 存儲(chǔ)元件必須具有兩個(gè)截然不同的物理狀態(tài)，才能被用來(lái)表示二進(jìn)制代碼“0和1”。, 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器, 磁性材料存儲(chǔ)器, 光介質(zhì)存儲(chǔ)器,2. 按存取方式分類,(1) 順序存取存儲(chǔ)器（SAM） 信息順序存放或讀出，其存取時(shí)間取決于信息存放位置；, 以記錄塊為單位編址；, 磁帶存儲(chǔ)器就是一種順序存儲(chǔ)器，它存儲(chǔ)容量大，但存取速度慢。,(2) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） CPU或I/O設(shè)備在任一時(shí)刻都可按地址訪問(wèn)其任一個(gè)存儲(chǔ)單元，且訪問(wèn)時(shí)間與地址無(wú)關(guān)，都是一個(gè)存取周期。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一般屬于這類存儲(chǔ)器。,(3) 直接存取存儲(chǔ)器（DAM） 存取方式介于RAM和SAM之間，先

3、選取需要存取信息所在的區(qū)域，然后用順序方式存??； 磁盤(pán)屬于直接存取存儲(chǔ)器，它的容量也比較大，速度則介于SAM和RAM之中，主要用作輔存。,(4) 只讀存儲(chǔ)器（ROM） 在正常讀寫(xiě)操作下，這類存儲(chǔ)器的內(nèi)容只能讀出而不能寫(xiě)入。, 有的ROM位于主存中特定區(qū)域（如IBM-PC機(jī)中ROM BIOS）其訪問(wèn)方式和RAM一樣按地址訪問(wèn)；, 也有的ROM用作輔存，采用順序訪問(wèn)方式，例如CDROM。,3. 按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的功能分類,(1) 高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache） 由雙極型半導(dǎo)體組成，構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)高速小容量存儲(chǔ)器。,(2) 主存儲(chǔ)器 用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的大量程序和數(shù)據(jù)，主存儲(chǔ)器目前一般用C

4、MOS半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成。, 其存取速度能接近CPU的工作速度，用來(lái)臨時(shí)存放指令和數(shù)據(jù)。,(3) 輔助存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）, CPU能夠直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器稱內(nèi)存儲(chǔ)器，高速緩存和主存都是內(nèi)存儲(chǔ)器。, 外存儲(chǔ)器容量大，可存放大量的程序和數(shù)據(jù)。, 外存儲(chǔ)器的內(nèi)容需要調(diào)入主存后才能被CPU訪問(wèn)。, 外存儲(chǔ)器主要由磁表面存儲(chǔ)器組成；光存儲(chǔ)器漸成為一種重要的輔助存儲(chǔ)器。, 存儲(chǔ)器的分類簡(jiǎn)圖,3.1.2 存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo),1）容量, 存儲(chǔ)器的容量指它能存放的二進(jìn)制位數(shù)或字（字節(jié)）數(shù)；, 單位有B（字節(jié)Byte），KB（千字節(jié)，K為210），MB（兆字節(jié)，M為220），GB（千兆字節(jié)，G為 230）等。,2）速

5、度, 存儲(chǔ)器的速度可用訪問(wèn)時(shí)間、存儲(chǔ)周期或頻寬來(lái)描述；, TW是將一個(gè)字寫(xiě)入存儲(chǔ)器所需的時(shí)間。, 訪問(wèn)時(shí)間：用讀出時(shí)間TA及寫(xiě)入時(shí)間TW來(lái)描述；, TA是從存儲(chǔ)器接到讀命令以后至信息被送到數(shù)據(jù)總線上所需的時(shí)間；, 存取周期（TM）是存儲(chǔ)器進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需要的全部時(shí)間； 常用存儲(chǔ)器進(jìn)行連續(xù)讀寫(xiě)操作的最短間隔時(shí)間；, TM直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度； 一般有 TM TA、 TMTW ，單位用微秒或毫微秒。, 存儲(chǔ)器的頻寬B：表示存儲(chǔ)器被連續(xù)訪問(wèn)時(shí)，提供的數(shù)據(jù)傳送速率； 常用每秒鐘傳送信息的位數(shù)（或字節(jié)數(shù)）來(lái)衡量。, 存儲(chǔ)器的價(jià)格：可用總價(jià)格C或每位價(jià)格c來(lái)表示，若存儲(chǔ)器按位計(jì)算的容量為S

6、； 則:c = C/S,3）價(jià)格,3.1.3 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu), 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是把各種不同容量和不同存取速度的存儲(chǔ)器按一定的結(jié)構(gòu)有機(jī)地組織在一起；, 程序和數(shù)據(jù)按不同的層次存放在各級(jí)存儲(chǔ)器中，使整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)具有較好綜合性能指標(biāo)。,(1) “高速緩存主存”層次, 這個(gè)層次主要解決存儲(chǔ)器的速度問(wèn)題；, 在CPU與主存之間增設(shè)一級(jí)存儲(chǔ)器，稱高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）；, CPU訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，將地址碼同時(shí)送到Cache和主存，若在Cache中找到相應(yīng)內(nèi)容，稱訪問(wèn)“命中”，信息就從Cache中讀??；, Cache速度可與CPU相匹配，但容量較小，只能存放一小段程序和數(shù)據(jù)；, 否

7、則CPU從主存中讀?。ǚQ訪問(wèn)“不命中”）；此時(shí)一般要進(jìn)行Cache和主存的信息交換。, 提高存儲(chǔ)器速度的措施, 采用高速器件；, 采用cache（高速緩沖存儲(chǔ)器）；, 采用多體交叉存儲(chǔ)器；, 采用雙端口存儲(chǔ)器；, 采用相聯(lián)存儲(chǔ)器，加長(zhǎng)存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)。, 把主存分為若干容量相同、能獨(dú)立地由CPU進(jìn)行存取的存儲(chǔ)體。, 通過(guò)CPU與各存儲(chǔ)體的并行交叉存取操作，提高整個(gè)主存儲(chǔ)器的頻寬。, 多體交叉存取,3.2,(2) “主存輔存”層次, 這個(gè)層次主要解決存儲(chǔ)器的容量問(wèn)題。, “主存輔存”層次是一個(gè)既具有主存的存取速度又具有輔存的大容量低成本特點(diǎn)的一個(gè)存儲(chǔ)器總體。, 把正在被CPU使用的“活動(dòng)”的程序和數(shù)

8、據(jù)放在主存中，其余信息存放在容量大、但速度較慢的輔存中。, 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)面對(duì)程序員的是一個(gè)具有輔存的容量、主存的速度的存儲(chǔ)器；解決了主存容量不足的問(wèn)題。,3.1.4 主存儲(chǔ)器的編址和與CPU的連接, 賦予存儲(chǔ)單元惟一的編號(hào)，以二進(jìn)制數(shù)表示；稱為地址或地址碼。, 存儲(chǔ)單元及其編址, 目前計(jì)算機(jī)主存的編址大多按字節(jié)編址。, 能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元數(shù)目，稱為地址空間；由地址碼的位數(shù)決定。, 主存與CPU的連接,3.2 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器,3.2.1 靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）,1. 靜態(tài)存儲(chǔ)單元,（1）保持狀態(tài) 字選線低電位，T3與T4截止，觸發(fā)器與外界隔離。,（2）讀出 字選線加高電位， T3與T4開(kāi)啟；使電

9、路讀出A、B信息。,（3）寫(xiě)入 字線上加高電位，T3與T4開(kāi)啟；若要寫(xiě)1，在位線2上加低電位。, 若要寫(xiě)0，在位線1上加低電位。,2. 靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器,（1）靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器組成,（2）靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器芯片,圖3.6, 存儲(chǔ)體（存儲(chǔ)矩陣） 存儲(chǔ)體是存儲(chǔ)單元的集合。在容量較大的存儲(chǔ)器中往往把各個(gè)字的同一位組織在一個(gè)集成片中；, 4096個(gè)存儲(chǔ)元排成64*64的矩陣。由X選擇線（行選擇線）和Y選擇線（列選擇線）來(lái)選擇所需用的單元。, 圖3.6中的芯片是4096*1位，由這樣的8個(gè)芯片可組成4096字節(jié)的存儲(chǔ)器。, 兩種地址譯碼方式： 一種是單譯碼方式，適用于小容量存儲(chǔ)器；, 地址譯碼器 地址譯碼

10、器把用二進(jìn)制表示的地址轉(zhuǎn)換為譯碼輸入線上的高電位，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫(xiě)電路。,地址譯碼器只有一個(gè)，其輸出叫字選線，選擇某個(gè)字的所有位。,地址輸入線n=5，經(jīng)地址譯碼器譯碼后，產(chǎn)生32個(gè)字選線，分別對(duì)應(yīng)32個(gè)地址。, 另一種是雙譯碼方式，適用于容量較大的存儲(chǔ)器,地址譯碼器分為X和Y兩個(gè)譯碼器。每一個(gè)譯碼器有n/2個(gè)輸入端，可以譯出2n/2個(gè)狀態(tài)，兩譯碼器交叉譯碼的結(jié)果，可產(chǎn)生2n/22 n/2 個(gè)輸出狀態(tài)；,圖3.7是采用雙譯碼結(jié)構(gòu)的40961的存儲(chǔ)單元矩陣；對(duì)4096個(gè)單元選址，需要12根地址線：A0A11。,圖3.7, 驅(qū)動(dòng)器 一條X方向的選擇線要控制在其上的各個(gè)存儲(chǔ)單元的字選線，負(fù)載較大，要

11、在譯碼器輸出后加驅(qū)動(dòng)器。, I/O控制 它處于數(shù)據(jù)總線和被選用的單元之間，用以控制被選中的單元讀出或?qū)懭搿? 片選控制 芯片外的地址譯碼器產(chǎn)生片選控制信號(hào)，選中要訪問(wèn)的存儲(chǔ)字所在的芯片。, 讀/寫(xiě)控制 根據(jù)CPU給出的信號(hào)是讀命令還是寫(xiě)命令，控制被選中存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。,（3） 靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器芯片實(shí)例(62256 SRAM), 62256 SRAM芯片引腳, 該芯片容量為32K8,圖3.8,（4）靜態(tài)存儲(chǔ)芯片的讀/寫(xiě)周期,3.2.2 存儲(chǔ)器的基本組織, 由mn1位存儲(chǔ)器芯片組成mn2位的存儲(chǔ)器，需要（ n2/n1）片的mn1位存儲(chǔ)器芯片。, 用8片 40961位的芯片構(gòu)成4K字節(jié)的存儲(chǔ)器；如圖

12、3.10所示。, 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展：位擴(kuò)展、字?jǐn)U展和字位擴(kuò)展,圖3.10 位擴(kuò)展構(gòu)成的存儲(chǔ)器,2. 字?jǐn)U展 字?jǐn)U展是容量的擴(kuò)充（地址線增加），位數(shù)不變。, 用4組16K8的存儲(chǔ)器構(gòu)成 64K8的存儲(chǔ)器(圖3.11)。, 由m1n位存儲(chǔ)器芯片組成m2n位的存儲(chǔ)器，需要（m2/m1）片的m1n位存儲(chǔ)器芯片。,3. 字位同時(shí)擴(kuò)展, 由m1n1位存儲(chǔ)器芯片組成m2n2位的存儲(chǔ)器，需要(m2/m1)(n2/n1)片的m1n1位存儲(chǔ)器芯片。,圖3.12 字位擴(kuò)展構(gòu)成的存儲(chǔ)器, 地址線的連接，包括內(nèi)部地址線和芯片選擇線的連接；, 數(shù)據(jù)線的連接，數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相接；,4. 靜態(tài)RAM芯片與CPU連接,例1 某存儲(chǔ)

13、器數(shù)據(jù)總線寬度為32 bit，存取周期為250 ns。試問(wèn)該存儲(chǔ)器的帶寬是多少？,解 Tm=250 ns，W=32 bit,例2. 用16K8位的SRAM芯片構(gòu)成64K16位的存儲(chǔ)器，試畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。,解： 存儲(chǔ)器容量為64K16位，其地址線為16位(A15A0)，數(shù)據(jù)線也為16位(D15D0)；, 組成存儲(chǔ)器時(shí)需要字位同時(shí)擴(kuò)展，字?jǐn)U展采用2:4譯碼器，共4個(gè)模塊；位擴(kuò)展采用兩片并接。, 各組的字地址的范圍？, 連接時(shí)要考慮和解決的幾個(gè)問(wèn)題：, CPU的負(fù)載能力： 當(dāng)存儲(chǔ)芯片較多時(shí)，在CPU與存儲(chǔ)芯片之間，要增加必要的緩沖和驅(qū)動(dòng)電路。, 速度匹配問(wèn)題： 存儲(chǔ)器與CPU的速度相比，

14、還是有很大差距；, 多片存儲(chǔ)芯片的選通： 增加外部譯碼電路，產(chǎn)生片選信號(hào)；, 讀/寫(xiě)控制信號(hào)： CPU的讀/寫(xiě)控制信號(hào)不一定與存儲(chǔ)芯片引腳定義的控制信號(hào)相符，有時(shí)要增加某些附加線路來(lái)實(shí)現(xiàn)正確的控制。,5. 內(nèi)存條及其類型, DIMM內(nèi)存條封裝的標(biāo)準(zhǔn)；共有168根鍍金接線，一次能夠傳送64位數(shù)據(jù)，容量已達(dá)到256M或以上。,3.2.2 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）, 動(dòng)態(tài)RAM利用MOS管的柵極電容來(lái)保存信息，在“信息保持”狀態(tài)下，存儲(chǔ)單元中沒(méi)有電流流動(dòng)。,(1) MOS管柵極電容保存信息的原理, 在=+E時(shí)，由VI（反相）寫(xiě)入信息到Cs。,圖3.13,1. 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元, 實(shí)際上T3的輸入阻抗(R0

15、)不可能為無(wú)窮大，CS上的電荷會(huì)緩慢泄放；, 當(dāng)變?yōu)?V，T1T4均不導(dǎo)通，CS保持原有電平。, 假定在t= tR時(shí)VS會(huì)下降到“1”電平的臨界值V1以下，從而使保存的信息丟失；, 保存時(shí)間tR約為2ms3.3ms。,圖3.14,(2) 四管動(dòng)態(tài)RAM單元, 信息保持： 行選信號(hào)無(wú)效時(shí)，T3、T4， T1、T2均不導(dǎo)通。 假定CS2上充有電荷，CS1未充電的狀態(tài)為“存1”狀態(tài)。,圖3.15, 讀操作：, 預(yù)充電：發(fā)+0脈沖，使CD1和CD2預(yù)充電。, 令行選擇線有效，T3和T4導(dǎo)通。, DS1和DS2的電位差使I/O電路產(chǎn)生讀“1”或“0”信號(hào)。, 以上過(guò)程讀出是非破壞性的。,圖3.16, 若

16、寫(xiě)“0”，則在DS1線上加低電位，DS2線上加高電位。, 寫(xiě)操作：, 先后送+0和行選擇脈沖；, 若要寫(xiě)“1”，在DS1上加高電位，在DS2上加低電位。,圖3.17, 讀出: 若原存“1” ，則CS上電荷通過(guò)T管向數(shù)據(jù)線泄放，形成讀“1”信號(hào)。, 寫(xiě)入：要寫(xiě)1，在數(shù)據(jù)線上加高電位，經(jīng)T管對(duì)CS充電。, 刷新(Refresh)操作：定時(shí)給柵容補(bǔ)充充電，這一過(guò)程稱為“刷新”。,(3) 單管動(dòng)態(tài)RAM電路,圖3.18,2. MOS管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器,(1)動(dòng)態(tài)RAM特點(diǎn) 容量較大，大多數(shù)產(chǎn)品都采用一位輸入輸出，如：256K1、1M1、4M1等。, 它的行地址和列地址通過(guò)相同的管腳分先后兩次輸入，這樣地址引

17、腳數(shù)可減少一半。, 當(dāng)RAS低電平時(shí)輸入行地址，CAS低電平時(shí)輸入列地址。,圖3.19 16K1位動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器框圖, 芯片中一行的所有元素被選中并進(jìn)行“讀出”操作。根據(jù)讀出內(nèi)容對(duì)各單元進(jìn)行“重寫(xiě)”；完成補(bǔ)充充電。, 由于沒(méi)有列地址和CAS信號(hào)，各單元的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)彼此隔離，并且不會(huì)送到讀出電路。, 對(duì)256*256的存儲(chǔ)體，256次刷新操作可刷新整個(gè)存儲(chǔ)體。也可分為4個(gè)128*128并行連接，只需128次刷新。,(2) 動(dòng)態(tài)RAM的再生(刷新),(3) 刷新方式, 刷新周期：一次刷新的時(shí)間間隔，一般為2ms；, 常用的刷新方式有四種： 集中式刷新、分散式刷新、異步刷新和透明刷新。, 集中式刷新(圖3

18、.20(a) 整個(gè)刷新間隔內(nèi)，前一段時(shí)間用于正常的讀/寫(xiě)操作。而在后一段時(shí)間逐行進(jìn)行刷新。, 若將128128存儲(chǔ)器刷新一遍，讀寫(xiě)周期為0.5s，刷新間隔為2ms；前3872個(gè)周期用來(lái)進(jìn)行正常的讀/寫(xiě)操作， 而后128個(gè)讀寫(xiě)周期用來(lái)進(jìn)行刷新操作。, 該方式會(huì)出現(xiàn)讀/寫(xiě)操作死區(qū)（128個(gè)周期）。, 分散式刷新(圖3.20 (b), 一個(gè)存儲(chǔ)周期的時(shí)間分為兩段，前一段時(shí)間tM用于正常的讀/寫(xiě)操作，后一段時(shí)間tR用于刷新操作。, 假定讀/寫(xiě)操作和刷新操作的時(shí)間都為0.5s，則一個(gè)存儲(chǔ)周期為1s。在2ms時(shí)間內(nèi)進(jìn)行2000次刷新操作，只能進(jìn)行2000次讀/寫(xiě)操作。,讀/寫(xiě)操作死區(qū), 異步刷新 上述兩種

19、方式結(jié)合起來(lái)構(gòu)成異步刷新。, 以128行為例，在2ms時(shí)間內(nèi)必須輪流對(duì)每一行刷新一次(2000/128=15.625)，即每隔15.5s刷新一行。, 前15s可以進(jìn)行CPU的讀/寫(xiě)操作，而最后0.5s完成刷新操作(30128+128=3968) 。目前用得較多。, 有單獨(dú)的刷新控制器，刷新由單獨(dú)的時(shí)鐘、行計(jì)數(shù)與譯碼獨(dú)立完成；高檔微機(jī)中大部分采用這種方式。, 透明刷新（或稱穩(wěn)含式刷新） CPU在取指周期后的譯碼時(shí)間內(nèi)，插入刷新操作。,3. 動(dòng)態(tài)RAM芯片,圖3.21 兩種DRAM芯片, “刷新”可以采用“讀出”的方法進(jìn)行。, 動(dòng)態(tài)RAM芯片的讀寫(xiě)和再生（刷新）時(shí)序,4. DRAM控制器,圖3.2

20、3,例. 用16K1位的DRAM芯片（由128128矩陣存儲(chǔ)元組成）構(gòu)成64K8位的存儲(chǔ)器。要求： （1）畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。,（2）設(shè)存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)周期均為0.5s，CPU在1 s內(nèi)至少訪問(wèn)一次。試問(wèn)采用哪種刷新方式較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍，所需實(shí)際刷新時(shí)間是多少？,解： （1）總?cè)萘繛?4KB，故地址線共需16位；需要16K1位的DRAM芯片32片。芯片本身地址線占14位，所以要使用一片2:4譯碼器。,15.5s,（2） CPU在1s內(nèi)至少訪問(wèn)一次，所以采用異步刷新方式比較合理；, 刷新間隔為2ms/128=15.5s，前15 s可以進(jìn)行CPU的

21、讀/寫(xiě)操作，而后0.5 s完成刷新操作。, 對(duì)DRAM來(lái)說(shuō)，兩次刷新的最大時(shí)間間隔是2ms；刷新時(shí)只對(duì)128行進(jìn)行異步刷新。, DRAM刷新一遍實(shí)際所需時(shí)間為1280.5 s。,5. 新型DRAM芯片, DRAM具有存儲(chǔ)密度大、功耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，由于它需要定時(shí)刷新，對(duì)其工作速度有較大影響。, EDRAM（Enhanced DRAM)(圖3.24) EDRAM 在動(dòng)態(tài)芯片上集成了一個(gè)小容量SRAM緩沖器，可以存放前一次讀出的一整行元素內(nèi)容，共2048位（512個(gè)4位組）。, 刷新可以和讀寫(xiě)并行操作，使芯片不能讀寫(xiě)的時(shí)間減至最低程度。此外，從SRAM緩沖器讀出數(shù)據(jù)的通路與寫(xiě)入數(shù)據(jù)的通路各自獨(dú)立

22、。,圖3.24, SDRAM （Synchronous DRAM ), SDRAM內(nèi)部采用雙存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)，極大地改善了片內(nèi)存取的并行性。, 鎖存處理機(jī)或其它主設(shè)備發(fā)出的地址和控制信息；,圖3.25 SDRAM內(nèi)部邏輯示意圖, DDR SDRAM （Double-Data-Rate SDRAM）,3. 3 半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器, 根據(jù)只讀存儲(chǔ)器的工藝，可分為： ROM PROM EPROM EEPROM（E2PROM）,3.3.1 掩膜只讀存儲(chǔ)器（masked ROM）, 掩膜ROM存儲(chǔ)的信息由生產(chǎn)廠家在掩膜工藝過(guò)程中“寫(xiě)入”，用戶不能修改。,圖3.26,圖3.27,3.3.2 可編程ROM（PROM

23、）, 這類ROM允許用戶用特定的編程器向ROM中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入后，不能修改；, 有P-N結(jié)破壞型和熔絲燒斷型兩種。, 寫(xiě)入時(shí)，字線加電壓E。若寫(xiě)“1”，則位線D加負(fù)壓，將反向偏置的二極管擊穿；若寫(xiě)“0”，位線上不加負(fù)壓，PN結(jié)不燒穿。,1. PN結(jié)破壞型PROM(圖3.28), 寫(xiě)入時(shí)，在字線和位線上加高電壓，使熔絲燒斷，燒斷存0，不燒斷存1。,2. 熔絲燒斷型(圖3.29),3.3.3 可擦除和編程的ROM（EPROM）, 漏極上加正高壓(2030V)，浮動(dòng)?xùn)派蠋в凶銐蚨嗟恼姾桑笷AMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)；寫(xiě)入完畢后，撤消D極上的高壓，保持導(dǎo)通狀態(tài)。,圖3.30 N溝道FAMOS存儲(chǔ)單元結(jié)

24、構(gòu) 圖3.31 FAMOS存儲(chǔ)單元電路, EPROM芯片27256（32K8）,圖3.32,3.3.4 電擦除電改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）, 電擦除電改寫(xiě)只讀存儲(chǔ)器又叫EEPROM或E2PROM（Electrically Erasable and Programmable Rom）。, 在讀數(shù)據(jù)的方式上與EPROM完全一樣，優(yōu)點(diǎn)是可以用電來(lái)擦除和重編程。, E2PROM在每次寫(xiě)入操作時(shí)執(zhí)行一個(gè)自動(dòng)擦除，因此比RAM的寫(xiě)操作慢的多。E2ROM存放的數(shù)據(jù)至少可維持10年。,3.3.5 閃速存儲(chǔ)器（flash memory）, 閃速存儲(chǔ)器（閃存）是在EPROM和E2ROM的制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)

25、的一種新型的電可擦除非易失性存儲(chǔ)器件。, 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)與E2ROM的類似 ，閃速存儲(chǔ)單元的氧化層較薄，具有更好的電可擦除性能。, 新型閃速存儲(chǔ)器則可擦除一塊數(shù)據(jù)，因而更適于存儲(chǔ)文件方面的應(yīng)用。, 閃存速度高、功耗低、體積小，可用于代替ROM、磁盤(pán)；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 。,作業(yè)一：P1435、8、12、14,3.4 多體交叉存儲(chǔ)器 3.4.1 編址方式, 多模塊存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)重疊與交叉存取 。,圖3.33 多體交叉編址方式,3.4.2 重疊與交叉存取控制, 多體交叉存儲(chǔ)模塊有兩種不同的訪問(wèn)方式： “同時(shí)訪問(wèn)”和“交叉訪問(wèn)”,圖3.34,3.5 高速緩沖存儲(chǔ)器 3.5.1 工作原理, Cache的功能,

26、 設(shè)置Cache是為了解決CPU和主存之間的速度匹配問(wèn)題，理論依據(jù)是程序訪存的局部性規(guī)律。, 高速緩存通常由雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器或SRAM組成。, 地址映象以及和主存數(shù)據(jù)交換機(jī)構(gòu)全由硬件實(shí)現(xiàn)，并對(duì)程序員透明。, 訪問(wèn)Cache的時(shí)間一般為訪問(wèn)主存時(shí)間的1/41/10；Cache已在大、中、小及微型機(jī)上普通采用。, 主存和Cache均是模塊化的（以塊為單位），并且兩者之間交換數(shù)據(jù)以塊為單位進(jìn)行。, Cache的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,塊內(nèi)地址,塊 號(hào), Cache的命中率, Cache/主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間： Ta= PTc+(1-P)Tm, 在程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示Cache完成存取的總次數(shù)， N

27、m表示主存完成存取的總次數(shù)；, Cache的命中率：P=Nc/（Nc+Nm）；, Cache/主存系統(tǒng)訪問(wèn)效率： e= Tc/Ta = Tc/PTc+(1-P)Tm = 1/P+(1-P)r = 1/r+(1-r)P, r=Tm/Tc表示主存慢于Cache的倍率，取510。, 命中率P與程序的行為、Cache的容量、組織方式、塊的大小有關(guān)。, 例：CPU執(zhí)行一段程序時(shí)， Cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù)為100次，已知Cache存取周期為50ns，主存存取周期為250ns，求Cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。,解：Cache的命中率：P = Nc/(Nc+Nm)

28、 = 1900/(1900+100) = 0.95 r = Tm/Tc= 250ns/50ns = 5 系統(tǒng)訪問(wèn)效率：e = 1/r+(1-r)P = 1/5+(1-5)0.95 = 83.3 系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間：Ta = Tc/e = 50ns/0.833 = 60ns,3.5.2 映象函數(shù)（Mapping）, 假定主存空間被分為2m個(gè)塊 （塊號(hào)為0、1、2.2m-1）,每塊大小為2b個(gè)字。, Cache空間的分配以及數(shù)據(jù)交換都以塊為單位進(jìn)行。, Cache存儲(chǔ)空間分為2c塊，每塊也是2b個(gè)字 （當(dāng)然mc）。, 選取何種映象方法，取決于在給定地址映象和變換的硬件條件下，能否達(dá)到高速度，以及能否

29、使塊沖突的概率小。, 常用的地址映象方式, 有直接映象、全相聯(lián)映象和組相聯(lián)映象。, 塊沖突：要調(diào)一個(gè)主存塊到Cache中，而該主存塊要進(jìn)入的Cache塊已被其它主存塊占據(jù)。,1. 直接映象法, 主存和Cache塊號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 將主存分為若干個(gè)區(qū)，每區(qū)與Cache容量相等；每區(qū)相同塊號(hào)的塊映象到Cache對(duì)應(yīng)塊。, 直接映象函數(shù)為i=j mod 2c ，其中i是Cache塊號(hào)，j是主存塊號(hào)， 2c為Cache總塊數(shù)。,i=j mod 2c,主存塊號(hào),1個(gè)Cache塊對(duì)映多個(gè)主存塊，t為這些主存塊標(biāo)記。,2. 全相聯(lián)映象法, 對(duì)應(yīng)關(guān)系 主存中任一頁(yè)可裝入Cache內(nèi)任一塊的位置。, 采用存放于相

30、聯(lián)存儲(chǔ)器中的目錄表來(lái)實(shí)現(xiàn)地址映象；以加快“主存Cache”地址變換速度。, 優(yōu)點(diǎn)是塊沖突概率最低；但查表速度難以提高。幾乎沒(méi)有單純采用全相聯(lián)映象法。,例1. 設(shè)主存容量為1MB，高速緩存容量為16KB，塊的大小為512字節(jié)。采用直接地址映像法。,（1）寫(xiě)出主存地址格式。,（4）畫(huà)出直接方式地址映像及變換示意圖。,（2）寫(xiě)出Cache地址格式。,（3）塊表的容量是多大。,（1）主存地址格式為：,（2）Cache地址格式為：,（3）塊表的容量為326位。,（4）直接方式地址映像及變換示意圖,(標(biāo)記),例2. 一個(gè)具有16KB直接相聯(lián)映射Cache的32位微處理器，假定Cache的塊為4個(gè)32位的字

31、，問(wèn)主存字節(jié)地址為ABCDE8F8H的單元在Cache中的位置是什么？,解： Cache容量為214字節(jié)， 212（4096）個(gè)字， 對(duì)應(yīng)Cache塊地址（塊號(hào)）：28FH； 塊內(nèi)字節(jié)地址：8H；,3. 組相聯(lián)映象法, 組相聯(lián)映象法的映象規(guī)則 將Cache空間分成組，每組2s塊（稱為2s路相聯(lián)），Cache有2q組。, 全相聯(lián)映象法和直接映象法結(jié)合起來(lái)，就產(chǎn)生了組相聯(lián)映象法。, 主存分成2m個(gè)區(qū)，每區(qū)共有2q塊。主存某區(qū)的塊允許映射到Cache固定組內(nèi)的任意塊。, 在組相聯(lián)映象中，主存某區(qū)的第i塊可以調(diào)入Cache第i組中的任意一塊中；, 組相聯(lián)映象在各組間用直接映象，組內(nèi)各塊則是全相聯(lián)映象；

32、, S（Cache組的大小為2s）的選取決定了塊沖突的概率和地址映象的復(fù)雜性。S字段越大，則Cache塊沖突越低，而相聯(lián)映象表也越大。,例. 一個(gè)組相聯(lián)映像Cache由64個(gè)存儲(chǔ)塊組成， 每組包含4個(gè)存儲(chǔ)塊。主存包含4096個(gè)存儲(chǔ)塊，每塊由128字組成。訪存地址為字地址。,（1）寫(xiě)出主存地址位數(shù)和地址格式；,（3）畫(huà)出組相聯(lián)映像方式示意圖,（2）寫(xiě)出Cache地址位數(shù)和地址格式；,（4）主存字地址為7B568H單元映射到Cache哪個(gè)組？,（1）Cache的組數(shù)=64個(gè)存儲(chǔ)塊/每組4個(gè)存儲(chǔ)塊=16組， Cache的容量=64128字=213字,（2）主存每區(qū)為16塊，主存容量=4096128字

33、=219字,0區(qū),1區(qū),2 5 5 區(qū),（4）主存字地址為7B568H單元映射到Cache哪個(gè)組？(1010),3.5.3 替換算法, 訪存出現(xiàn)Cache塊失靶，需將主存塊按所采用的映象規(guī)則裝入Cache。, 如果此時(shí)出現(xiàn)塊沖突，就必須按某種策略將Cache塊替換出來(lái)。, Cache塊失靶處理, 替換策略的選取 從實(shí)現(xiàn)的難易和命中率的高低來(lái)考察。,1. 先進(jìn)先出法（FIFO）, 選擇最早裝入的Cache塊為被替換的頁(yè)，采用這種算法，有可能產(chǎn)生較大的塊失效率。,2“近期最少使用”算法（LRU）, 選擇近期最少使用訪問(wèn)的Cache塊為調(diào)出塊，這種算法能比較正確地反映程序的局部性；, 具體實(shí)現(xiàn)比FI

34、FO算法要復(fù)雜一些，替換算法只能全部用硬件方法實(shí)現(xiàn)。,圖3.42,3塊/組 4塊/組 5塊/組,3塊/組,4塊/組,3.5.4 Cache主存內(nèi)容的一致性問(wèn)題, CPU執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，要寫(xiě)的內(nèi)容恰在Cache中，則Cache內(nèi)容被更改，但該單元對(duì)應(yīng)的主存內(nèi)容尚沒(méi)有改變，這就產(chǎn)生了Cache和主存內(nèi)容不一致的情況。, 解決問(wèn)題的關(guān)鍵是選擇更新主存內(nèi)容的算法；采用兩種算法。, 寫(xiě)回法（Write back） 處理機(jī)執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，信息只寫(xiě)入Cache，當(dāng)Cache塊被替換時(shí)，將該塊內(nèi)容寫(xiě)回主存后，再調(diào)入新塊。, 處理機(jī)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，利用“Cache主存”層次中存在于處理機(jī)和主存之間的通路將信息也寫(xiě)回主

35、存。, 寫(xiě)直達(dá)則在每次寫(xiě)入時(shí)，都要附加一個(gè)比寫(xiě)Cache長(zhǎng)得多的寫(xiě)主存時(shí)間；寫(xiě)直達(dá)法時(shí)間的開(kāi)銷大一些，但其一致性保持要好一些。, 寫(xiě)直達(dá)法又稱存直達(dá)法，, 在塊替換時(shí)，就不必將被替換的Cache塊內(nèi)容寫(xiě)回，可以直接調(diào)入新塊。, 采用兩種算法比較, 寫(xiě)回法的開(kāi)銷是在塊替換時(shí)的回寫(xiě)時(shí)間；,3.5.5 Pentium Cache結(jié)構(gòu),圖3.43,圖3.45 Pentium片內(nèi)Cache目錄表和LRU位,（M/E/S/I，修改、專用、共享、無(wú)效）,3.6 虛擬存儲(chǔ)器 3.6.1 虛擬存儲(chǔ)器概述, 問(wèn)題的提出： 系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序要求主存容量越來(lái)越大，, 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)： 將一部分（或全部）輔存和主存結(jié)合

36、，把兩者的地址空間統(tǒng)一編址，形成比實(shí)際主存空間大得多的邏輯（虛擬）地址空間。, 訪存時(shí)，用軟、硬件結(jié)合的方法，將邏輯地址（虛地址）轉(zhuǎn)化為物理地址（實(shí)地址）。, Cache的替換算法和地址映象方式完全由硬件實(shí)現(xiàn)，在虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，用軟、硬件結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。, 虛擬存儲(chǔ)器的功能, 是一種解決存儲(chǔ)容量和存取速度矛盾的一種有效措施，是管理存儲(chǔ)設(shè)備的有效方法。, 用戶編制程序時(shí)就無(wú)需考慮所編程序在主存中是否放得下以及放在什么位置等問(wèn)題。, 虛擬存儲(chǔ)器使計(jì)算機(jī)具有輔存的容量，接近于主存的速度和輔存的位成本。, “主存輔存”層次和“Cache主存”層次采用的地址變換及映象方法和替換策略，在原理上是類似的。

37、,3.6.2 虛擬存儲(chǔ)器的基本管理方法, 虛擬存儲(chǔ)器的管理方式有段式、頁(yè)式或段頁(yè)式三種。,（1）段式虛擬存儲(chǔ)器管理 按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分(過(guò)程、子程序、數(shù)據(jù)表、陣列)；, 用段表來(lái)指明各段在主存中的位置；有段名（用戶名或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名或段號(hào)）、段起點(diǎn)、段長(zhǎng)等。, 由于段的長(zhǎng)度各不相同，段的起點(diǎn)和終點(diǎn)不定，給主存空間分配帶來(lái)麻煩，且容易在實(shí)存中留下許多空白的零碎存儲(chǔ)空間不好利用，造成浪費(fèi)。, 段式管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足, 段的分界與程序的自然分界相對(duì)應(yīng)；段的邏輯獨(dú)立性使它易于編譯、管理、修改和保護(hù)，也便于多道程序共享；, 某些類型的段（堆棧、隊(duì)列）具有動(dòng)態(tài)可變長(zhǎng)度，允許自由調(diào)度以便

38、有效利用主存空間。, 比段式管理系統(tǒng)中段外空間的浪費(fèi)要小的多。,（2）頁(yè)式管理系統(tǒng) 基本信息傳送單位是定長(zhǎng)的頁(yè)，主存的物理空間也被劃分為等長(zhǎng)的固定區(qū)域，稱為頁(yè)面。,（3）采用分段和分頁(yè)結(jié)合的段頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng) 程序按模塊分段，段內(nèi)再分頁(yè)，進(jìn)入主存仍以頁(yè)為基本信息傳送單位；, 由于頁(yè)不是邏輯上獨(dú)立的實(shí)體，所以處理、保護(hù)和共享都不及段式來(lái)得方便。, 用段表和頁(yè)表（每段一個(gè)頁(yè)表）進(jìn)行兩級(jí)定位管理。,頁(yè)表的長(zhǎng)度由邏輯頁(yè)號(hào)位數(shù)決定,裝入位 替換控制位 保護(hù)位 物理頁(yè)號(hào),1. 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器,圖3.46, 經(jīng)快表與慢表實(shí)現(xiàn)地址變換的方式, 快表由硬件組成，比頁(yè)表小得多；由邏輯頁(yè)號(hào)同時(shí)去查快表和慢表，如果在

39、快表中查不到，要花費(fèi)一個(gè)訪主存時(shí)間查慢表。,圖3.47,2. 段式虛擬存儲(chǔ)器, 虛擬地址由段號(hào)和段內(nèi)地址組成，通過(guò)段表把虛擬地址變換成實(shí)存地址。, 段表格式,圖3.48, 虛擬地址向?qū)嵈娴刂返淖儞Q過(guò)程, 在訪問(wèn)某段時(shí)，如果段內(nèi)地址值超過(guò)段的長(zhǎng)度，則發(fā)生地址越界中斷。,圖3.49,3. 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器, 把程序按邏輯單位分段后，再把每段分成固定大小的頁(yè)；程序?qū)χ鞔娴恼{(diào)入調(diào)出是按頁(yè)面進(jìn)行的，按段實(shí)現(xiàn)共享和維護(hù)。, 它兼有頁(yè)式和段式的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是在地址映象過(guò)程中需要多次查表。, 段表中每個(gè)表項(xiàng)有一個(gè)指向該段的頁(yè)表起始地址的指針和該段的控制保護(hù)信息。, 每道程序是通過(guò)一個(gè)段表和一組頁(yè)表來(lái)進(jìn)行定位,

40、目前，大、中型機(jī)一般都采用這種段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式。, 頁(yè)表指明該段各頁(yè)在主存中的位置以及是否已裝入、修改等狀態(tài)信息。, 多道程序虛擬地址, 用基號(hào)（用戶標(biāo)志號(hào)）指明該道程序的段表起始地址（存放在基址寄存器中）。, 多道程序虛擬地址格式：, 例：有三道程序（用戶標(biāo)志號(hào)為P1，P2，P3），其基址寄存器內(nèi)容分別為B1，B2，B3；, 若只有一個(gè)基址寄存器，基號(hào)可以不要，在多道程序切換時(shí)，由操作系統(tǒng)修改基址寄存器的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。, 上述每一張表的每一行都要設(shè)置一個(gè)有效位；若有效位均為“0”，訪問(wèn)失敗，則發(fā)中斷請(qǐng)求操作系統(tǒng)建表。, 邏輯地址到物理地址的變換,圖3.50,4. 替換算法, 頁(yè)式管理中，產(chǎn)生

41、頁(yè)面失效時(shí)，要從外存調(diào)進(jìn)包含有這條指令或數(shù)據(jù)的頁(yè)面。, 主存中的內(nèi)容與外存保持一致 頁(yè)表的每一行設(shè)置一修改位，當(dāng)該頁(yè)剛調(diào)入主存時(shí)，此位為“0”，當(dāng)對(duì)該頁(yè)內(nèi)任一地址進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)，就把該位修改為“1”(主存中的內(nèi)容與外存不一致)。, 在頁(yè)被替換時(shí)，檢查其修改位，如為“1”，先將該頁(yè)內(nèi)容從主存寫(xiě)入外存，然后再?gòu)耐獯娼邮招碌囊豁?yè)。, 假如主存頁(yè)面已全部被占滿，通常采用LRU算法，把“近期最少使用的頁(yè)”替換出去。, Pentium存儲(chǔ)器的地址轉(zhuǎn)換方式,10 10 12,1）無(wú)段表和無(wú)頁(yè)表的存儲(chǔ)器，屬于非虛擬存儲(chǔ)器，其邏輯地址即為物理地址； 2）無(wú)段表和有頁(yè)表的存儲(chǔ)器，頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器的管理和保護(hù)是通

42、過(guò)頁(yè)面轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的； 3）有段表和無(wú)頁(yè)表的存儲(chǔ)器，段式虛擬存儲(chǔ)器； 4）有段表和有頁(yè)表的存儲(chǔ)器，段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器。, Pentium存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)根據(jù)其段表和頁(yè)表是否設(shè)置有4種組合情況, 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),例. 設(shè)主存容量4MB，虛存容量1GB，頁(yè)面大小4KB。采用頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器。,（1）寫(xiě)出主存地址格式。,（2）寫(xiě)出虛擬地址格式。,（3）頁(yè)表長(zhǎng)度為多少？,（4）畫(huà)出虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換圖。,（1）主存地址格式為：,（2）虛擬地址格為：,（3）頁(yè)表長(zhǎng)度為218=256K,（4）虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換圖,2,3.6.3 存儲(chǔ)保護(hù), 多個(gè)用戶對(duì)主存的共享，就有多個(gè)用戶程序和系統(tǒng)軟件存于主存中。,（2）鍵保護(hù)方式

43、鍵保護(hù)方式的基本思想是為主存的每一頁(yè)配一個(gè)鍵，稱為存儲(chǔ)鍵；由操作系統(tǒng)賦予。, 打開(kāi)存儲(chǔ)鍵的鑰匙，稱為訪問(wèn)鍵。訪問(wèn)鍵賦予每道程序，保存在該道程序的狀態(tài)寄存器中。, 當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存的某一頁(yè)時(shí)，訪問(wèn)鍵要與存儲(chǔ)鍵相比較；若兩鍵相符，則允許訪問(wèn)該頁(yè)，否則拒絕訪問(wèn)。,（3）環(huán)保護(hù)方式, 環(huán)狀保護(hù)方式可以做到對(duì)正在執(zhí)行的程序本身進(jìn)行保護(hù)。,圖3.52 環(huán)保護(hù)方式, 對(duì)主存信息的使用有三種方式：讀（R）、寫(xiě)（W）和執(zhí)行（E）；對(duì)這三種分別設(shè)置訪問(wèn)方式保護(hù)；,2） 訪問(wèn)方式保護(hù), 采用環(huán)式保護(hù)和頁(yè)式保護(hù)時(shí)將訪問(wèn)方式位放在頁(yè)表和段表中，使得同一環(huán)內(nèi)或同一段內(nèi)的各頁(yè)可以有不同的訪問(wèn)方式，從而增強(qiáng)了保護(hù)的靈活性。,

44、訪問(wèn)方式保護(hù)是結(jié)合上述保護(hù)進(jìn)行的，即在各保護(hù)方式中設(shè)置訪問(wèn)方式位；, 在界限寄存器中加一位訪問(wèn)方式位；,3.7 輔助存儲(chǔ)器 3.7.1 磁表面存儲(chǔ)器, 磁表面存儲(chǔ)器包括磁鼓、磁帶、磁盤(pán)和磁卡片等。目前，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以磁盤(pán)和磁帶為主。, 本節(jié)主要介紹磁表面存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理、數(shù)據(jù)的記錄方式以及磁盤(pán)結(jié)構(gòu)及尋址方式。, 磁表面存儲(chǔ)器主要用作輔存，可存儲(chǔ)大量的程序和數(shù)據(jù)，需要時(shí)，調(diào)入主存供CPU訪問(wèn)。屬I(mǎi)/O設(shè)備。,1. 磁表面存儲(chǔ)原理,(1)磁層和磁頭 磁層是存放信息的介質(zhì)，由非矩形剩磁特性的導(dǎo)磁材料（氧化鐵、鎳鈷合金等）構(gòu)成。, 磁材料制成的膠涂敷或鍍?cè)谳d磁體上，其厚度通常為0.15m，以記錄信息

45、。, 磁頭是實(shí)現(xiàn)“磁電”和“電磁”轉(zhuǎn)換的元件, 磁頭中的縫隙形狀和尺寸將直接影響記錄密度和讀出幅度。,(2) 磁表面存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)過(guò)程 磁頭固定，磁層作高速回轉(zhuǎn)或勻速直線運(yùn)動(dòng)；在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，通過(guò)磁頭縫隙對(duì)磁層進(jìn)行信息存取。, 信息寫(xiě)入過(guò)程 寫(xiě)線圈中通以寫(xiě)電流脈沖，磁頭縫隙處的磁場(chǎng)穿過(guò)磁層中一微小區(qū)域，使該區(qū)域磁層以一定方向磁化，且保持該方向的剩磁（+BR或-BR）。, 信息讀出過(guò)程 磁頭與磁層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁層中記錄單元運(yùn)動(dòng)到磁頭縫隙下面時(shí)，在磁頭中產(chǎn)生較大的磁通變化，讀線圈兩端產(chǎn)生較大的感應(yīng)電勢(shì)E，經(jīng)整形、放大后成為讀出信號(hào)。,(3) 磁表面存儲(chǔ)器的性能指標(biāo), 在磁道中，單位長(zhǎng)度內(nèi)存放的二進(jìn)制信息的數(shù)目叫位密度。位密度的單位為bPI（每英寸二進(jìn)制位數(shù)）。軟盤(pán)位密度約每英寸400010000位。, 記錄密度 記錄密度可用道密度和位密度來(lái)表示。, 在沿磁道分布方向上，單位長(zhǎng)度內(nèi)的磁道數(shù)目，叫道密度。單位為T(mén)PI（每英寸磁道數(shù)）。, 存儲(chǔ)容量 指整個(gè)存儲(chǔ)器所能存放的二進(jìn)制字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)。它與磁表面大小和記錄密度密切相關(guān)。, 磁鼓容量最小，為幾兆字節(jié)。磁帶容量最大，為若干億字節(jié)；磁盤(pán)介于兩者之間。, 磁盤(pán)的平均尋道時(shí)間一般為1020ms；等待時(shí)間一般取磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半。, 磁帶的定位時(shí)間與走帶速度和帶長(zhǎng)有關(guān)，帶愈長(zhǎng)，帶速愈慢，其平均存取時(shí)間