《计算机组成原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 存储器

第四章存储器 本章需解决的主要问题: (1)存储器如何存储信息? (2)在实际应用中如何用存储芯片组成具 有一定容量的存储器?

第四章 存 储 器 本章需解决的主要问题： （1）存储器如何存储信息？ （2）在实际应用中如何用存储芯片组成具 有一定容量的存储器？

本章知识架构: 存储子系统 存储器分类半导体存储器磁表面存储器 存储存储器动态存储磁盘存 原理设计刷新原理储器

存储子系统 存储器分类 半导体存储器 磁表面存储器 存储 原理 存储器 设计 动态 刷新 存储 原理 磁盘存 储器 本章知识架构：

4.1概述 4.1.1存储器分类 4.1.1.1按存储介质分类 (1)半导体存储器TTL、MOS 易失 (2)磁表面存储器磁头、载磁体 (3)磁芯存储器硬磁材料、环状元件 非易失 (4)光盘存储器激光、磁光材料

4.1 概 述 4.1.1 存储器分类 4.1.1.1 按存储介质分类 (1) 半导体存储器 (2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器 TTL 、MOS 易失 磁头、载磁体 硬磁材料、环状元件 激光、磁光材料 非 易 失

1951年,中国移民王安发明了磁芯存储器,1BM于1956年 购买了这项技术专利

1951年，中国移民王安发明了磁芯存储器，IBM于1956年 购买了这项技术专利

4.1.1.2按存取方式分类 (1)存取时间与物理地址无关(随机访问) 随机存储器在程序的执行过程中可读可写 只读存储器在程序的执行过程中只读 (2)存取时间与物理地址有关(串行访问) 顺序存取存储器磁带 直接存取存储器磁盘

(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问） • 顺序存取存储器 磁带 4.1.1.2 按存取方式分类 (2) 存取时间与物理地址有关（串行访问） • 随机存储器 • 只读存储器 • 直接存取存储器 磁盘 在程序的执行过程中 可 读 可 写 在程序的执行过程中 只 读

4.1.1.3按在计算机中的作用分类 静态RAM RAM 动态RAM 主存储器 MROM PROM ROM 存 EPROM EEPROM 储〈 Flash memory 器 高速缓冲存储器( Cache) 辅助存储器磁盘、磁带、光盘

磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（Cache） Flash Memory 存 储 器 主存储器 辅助存储器 MROM PROM EPROM EEPROM RAM ROM 静态 RAM 动态 RAM 4.1.1.3 按在计算机中的作用分类

4.2.存储器的层次结构 1、存储器三个主要特性的关系速度、容量、价格/位, 而这三种指标是相互矛盾的。 为了解决这种问题,选用生产与运行成本不同的 存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质,按 定的层次结构组织成一个统一的存储器系统,使每 种介质都处于不同的地位,发挥不同的作用,充分发 挥各自在速度、容量、成本方面的优势,从而综合达 到最优性能价格比,即把这样一个存储器组织作为 个整体看,具有容量大、速度快、位价低的综合指标。 这样一个存储整体称为“存储系统

1、存储器三个主要特性的关系:速度、容量、价格／位, 而这三种指标是相互矛盾的。 为了解决这种问题，选用生产与运行成本不同的、 存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，按 一定的层次结构组织成一个统一的存储器系统，使每 种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发 挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而综合达 到最优性能价格比，即把这样一个存储器组织作为一 个整体看，具有容量大、速度快、位价低的综合指标。 这样一个存储整体称为“存储系统”。 4.2. 存储器的层次结构

速度容量价格/位 快小高 CPU 寄存器、1CPU主 机 缓存 主存 磁盘 光盘 辅存 磁带 慢大低 存储器速度、容量和价位的关系

存储器速度、容量和价位的关系 高 低 小 大 快 慢 辅 存 寄存器 缓存 主存 磁盘 光盘 磁带 速度 容量 价格／位 CPU CPU 主 机

1)通用寄存器组:处于CPU内部,为执行指令方便而设,通常 由几个、十几个、几十个寄存器组成,各种机器不等。其速度 最快、容量最小、位价最高,但由于容量太小,并不被看成是 独立的存储级。 2)主存:是存储系统的核心,是计算机自动、高速运行程序必 不可少的功能部件,是计算机传统的五大部件之一。因此,计 算机对主存的要求是比较高的,但在目前的存储技术水平下, 主存只能做到容量比较大、速度比较快、位价适中,仍然远远 满足不了CPU运行程序的要求。 3)高速缓存( Cache):为了平滑主存与CPU之间的速度之 差,加速CPU访存的速度,在性能较好的计算机中,主存与 CPU之间增设了一个缓冲存储器,其容量比通用寄存器组大得 多,比主存小得多,速度接近CPU,位价介于寄存器与主存之 Cache与主存一起构成内存。 寄存器、 Cache、主存由不同指标的半导体存储器实现

1)通用寄存器组：处于CPU内部，为执行指令方便而设，通常 由几个、十几个、几十个寄存器组成，各种机器不等。其速度 最快、容量最小、位价最高，但由于容量太小，并不被看成是 独立的存储级。 2）主存：是存储系统的核心，是计算机自动、高速运行程序必 不可少的功能部件，是计算机传统的五大部件之一。因此，计 算机对主存的要求是比较高的，但在目前的存储技术水平下， 主存只能做到容量比较大、速度比较快、位价适中，仍然远远 满足不了CPU运行程序的要求。 3）高速缓存（Cache）：为了平滑主存与CPU之间的速度之 差，加速CPU访存的速度，在性能较好的计算机中，主存与 CPU之间增设了一个缓冲存储器，其容量比通用寄存器组大得 多，比主存小得多，速度接近CPU，位价介于寄存器与主存之 间 Cache与主存一起构成内存。 寄存器、Cache、主存由不同指标的半导体存储器实现

4)辅助存储器(外部存储器);为了存放大量备用 的程序和数据,在主机之外设置了一级辅助存储器, 其容量比主存大得多,速度比主存慢得多,但位价也 便宜得多。 辅存通常由磁表面存储器实现,目前大多数计算机使 用磁盘,但由于磁盘的容量实际上也有限,因此有些 系统使用磁带等速度更低、容量更大(磁带等设备带 盘可换,容量可无限延伸)的磁表面存储器作为硬盘 的后备。 由于辅存与主机的连接方式和JO设备相同,因此主机 通常以MO管理方式管理外存

4） 辅助存储器（外部存储器）；为了存放大量备用 的程序和数据，在主机之外设置了一级辅助存储器， 其容量比主存大得多，速度比主存慢得多，但位价也 便宜得多。 辅存通常由磁表面存储器实现，目前大多数计算机使 用磁盘，但由于磁盘的容量实际上也有限，因此有些 系统使用磁带等速度更低、容量更大（磁带等设备带 盘可换，容量可无限延伸）的磁表面存储器作为硬盘 的后备。 由于辅存与主机的连接方式和I/O设备相同，因此主机 通常以I/O管理方式管理外存