组成原理(七)：存储系统之 存储系统的组成

1、存储器的分类

　　按存储器在计算机中的作用的分类：

高速缓冲存储器	位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据，高速缓冲存储器可以与CPU速度向匹配。
主存储器	存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地进行读/写访问。
辅助存储器	又称外存储器或后援存储器，存放当前在哪不参与运行的程序和数据，及需要永久性保存的信息。 辅存中的信息必须调入主存后，CPU才能使用。

　　按存取方式分类

随机存取存储器 (Random Access Memory， RAM)	CPU可对存储器中的内容随机的存取，CPU对任何一个存储单元的写入和读出时间是一样的，存取时间相同，与其所处的物理位置无关
只读存储器 (Read Only Memory，ROM)	存储器的内容只能随机读出而不能写入。
顺序存取存储器 (Sequential Access Memory，SAM)	SAM的内容只能按某种顺序存取，存取时间的长短与信息在存储体上的物理位置有关。
直接粗长宁区存储器 (Direct Access Memory，DAM)	存取所需的信息时，第一步直接指向整个存储器中的某个小区域；第二步，在小区域内顺序检索或等待，直至找到目的地后再进行读/写操作。

　　按存储介质分类：

磁芯存储器	采用具有矩形磁滞回线的铁氧体磁性材料，利用两种不同的剩磁状态表示"1"或"0",一颗磁芯存放一个二进制位
半导体存储器	MOS型和双极型存储器
磁表面存储器	在金属或塑料基体上，涂覆一层磁性材料，用磁层存储信息。如磁盘、磁带等。
光存储器	激光技术控制访问存储器，分为只读式、一次写入式、可改写3种

　　按信息的可保存性分类

易失性存储器	断电后存储信息消息的存储器，如半导体RAM
非易失性存储器	断电后信息仍然保存的存储器，如ROM

2、存储系统的层次结构

　　不同的存储容量、不同的存取速度的存储器按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的存储系统。

　　由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次。

　　

　　其中高速缓存和主存间称为Cache-主存存储层次(Cache存储系统)；

　　

　　主存和辅存间称为主存-辅存存储层次(虚拟存储系统)。

　　Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。Cache存储系统全部用硬件调度，对系统程序员和应用该程序员透明。

　　虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。由于虚拟存储系统需要通过操作系统来调用，对系统程序员不透明，对应用程序原透明。

2、主存储器的组织

　　主存储器是整个存储系统的核心，用来存放计算机运行期间需要的程序和数据，CPU可直接随机对它进行访问。

2.1、主存储器的基本结构

　　主存通常由 存储体、地址译码(adress decoding)驱动电路、I/O和读写电路组成。

  

　　存储体是主存储器的核心，存放程序和数据。

　　地址译码驱动电路包含 译码器 和 驱动器 两部分。

译码器	将地址总线输入的地址码转换成与之对应的译码输出线上的有效电平，以表示选中了某一存储单元
驱动器	驱动器提供驱动电流区驱动相应的读写电路，完成对被选中存储单元的读写操作。

　　

　　I/O和读写电路包括读出放大器、写入电路和读写控制电路，用以完成被选中存储单元中各位的读出和写入操作。

　　主存的读写操作是在控制器的控制下进行的，只有接收到来自控制器的读写命令或写允许信号后，才能实现正确的读写操作。

2.2、主存储器的存储单元

　　位是二进制数的最基本单位，也是存储器存储信息的最小单位。

　　存储字：一个二进制数由若干位组成，并作为一个整体存入或取出。

　　存储单元，也称主存单元，存放存储子或存储字节的主存空间。

　　存储体：大量存储单元集合构成的。

　　地址：为区别存储体的各个存储单元，将它们逐一编号，存储单元的编号称为地址。地址与存储单元之间一一对应。

　　对于字节编址的计算机，最小寻址单位是一个字节，相邻存储单元地址指向相邻存储字节；对于字编址的计算机，最小寻址单位是一个字，相邻存储单元地址指向相邻的存储字。

　　存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单位。

2.3、主存储器的主要技术指标

2.3.1、存储容量

　　字节编址计算机：字节数表示存储容量；

　　子编址计算机：以字数与其字长的乘积来表示存储容量。

2.3.2、存取速度

　　主存的存取速度通常由存取时间Ta、存取周期Tm、和主存带宽Bm等参数来描述。

存取时间Ta	又称访问时间或读写时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作经历的事件。Ta越小，存取速度越快。
存取周期Tm	又称读写周期、方寸周期，是指主存进行一次完成的读写操作所需的额全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。
主存带宽Bm	又称为数据传输率，表示每秒从主存进出的信息的最大数量，单位为字每秒或字节每秒或位每秒。

2.3.3、可靠性

　　可靠性是指在规定的时间内，存储器无故障读写的概率。通常，用平均故障将时间(Mean Time Between Failures, MTBF)。MTBF越长，说明存储器的可靠性越高。

2.4、数据在主存中的存放

　　字节编码的存储器，数据在主存中有3种不同存放方式：

  

　　不同长度的数据一个紧接着上一个存放，不浪费主存资源，但要访问双字、一个单字或半个字可能需要花费两个存取周期；存储器的读写控制比较复杂。

  

　　从一个存储字的其实位置开始存放，多余的部分浪费不用，可在一个存储器周期内完成数据的访问，读写控制简单，但主存资源利用率低。

 

　　双字数据(8字节)的起始地址的最末3个二进制位必须为0000(8的整数倍)、单字数据(4字节)的起始地址的最末两位必须为00(4的整数倍)，班子数据(2字节)的起始地址的最末以为必须是0(偶数)。保证能在一个存取周期内完成，主存资源浪费较少。称为边界对齐数据存放方法。