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1、Chapter4 存儲(chǔ)器系統(tǒng)
1. 存儲(chǔ)器概述
1) 存儲(chǔ)器的分類：
①按與CPU的連接和功能分類：主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）、輔助存儲(chǔ)器（輔存、外存）、高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）
①按存取方式分類：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、順序存取存儲(chǔ)器(SAM)、直接存取存儲(chǔ)器(DAM)。
③按存儲(chǔ)介質(zhì)分類：磁存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器。
③按信息的可保存性分類：易失性存儲(chǔ)器、非易失性存儲(chǔ)器。
2) 主存的組成與操作
（1）組成：
（2）讀、寫(xiě)操作
(3)概念術(shù)語(yǔ)：存儲(chǔ)元/存儲(chǔ)位、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)體。
存儲(chǔ)元件（存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)位）：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理
2、器件。存儲(chǔ)元是存儲(chǔ)器
中最小的存儲(chǔ)單位。
存儲(chǔ)單元：一組存儲(chǔ)元件/存儲(chǔ)位。每個(gè)存儲(chǔ)單元被賦予唯一的編號(hào)（存儲(chǔ)單元的地址），用于訪問(wèn)該存儲(chǔ)單元。
存儲(chǔ)體（存儲(chǔ)陣列）：大量存儲(chǔ)單元。
(4) 存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo):
①存儲(chǔ)容量:
②速度:訪問(wèn)時(shí)間TA （讀寫(xiě)時(shí)間、存取時(shí)間）、存取周期TM（存儲(chǔ)周期、讀寫(xiě)周期 ）、帶寬Bm （存儲(chǔ)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(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成：
1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類
SRAM是靠觸發(fā)器電路存儲(chǔ)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(chǔ)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(dǎo)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(xiě)入信息，這一過(guò)程稱為刷新。
用ROM組成控存。
2) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組織：一個(gè)存儲(chǔ)器總是由一定數(shù)量的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成。
組成一個(gè)存儲(chǔ)器，需要考慮的問(wèn)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(lái)：在位數(shù)和單元數(shù)方面擴(kuò)展，按擴(kuò)展方向可分為：位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字和位同時(shí)擴(kuò)展。
a. 位擴(kuò)展（擴(kuò)字長(zhǎng)）——要求畫(huà)圖
【例】：用2114芯片（1K×4位）構(gòu)成1K×8位的存儲(chǔ)器。
b. 字?jǐn)U展（擴(kuò)字?jǐn)?shù)）——要求畫(huà)圖、寫(xiě)
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(chǔ)器，并寫(xiě)出各芯片的地址范圍。
設(shè)存儲(chǔ)器從0000H開(kāi)始連續(xù)編址，則四塊芯片的地址分配：
c. 字和位同時(shí)擴(kuò)展——要求畫(huà)圖
【例】：用2114(1K×4位)芯片構(gòu)成4K×8位的存儲(chǔ)器。
計(jì)算過(guò)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(gè)選片地址（2:4譯碼器）
③ 地址線：10——>12；10根用來(lái)片內(nèi)尋址，2根用來(lái)選片尋址。
④ 各個(gè)芯片組的地址范圍：
3. 輔助存儲(chǔ)器：
磁盤(pán)地址的表示：
【例】已知：磁盤(pán)組的
5、磁盤(pán)片數(shù)（每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)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(shí)間（ms）。求：
(1) 可用的存儲(chǔ)面數(shù)=盤(pán)片數(shù)×2 - 2 （個(gè)）
(2) 柱面數(shù)=磁道數(shù)=道密度×(外徑 - 內(nèi)徑)/2 （個(gè)）
(3) 每道存儲(chǔ)字節(jié)(每條磁道容量) = 內(nèi)層位密度×內(nèi)層周長(zhǎng) （字節(jié)）
(4) 盤(pán)組總存儲(chǔ)容量=每道存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)間=平均磁道定位時(shí)間+平均旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間 （毫秒）
注意：平均磁道定位時(shí)間固定為10ms，平均旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間=磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間。
(7) 采用定長(zhǎng)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(pán)地址?
采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)扇區(qū)。
計(jì)算扇區(qū)個(gè)數(shù)=磁道容量／每扇容量 （個(gè)）
磁盤(pán)地址：磁頭號(hào) + 柱面號(hào) + 扇區(qū)號(hào)
磁頭號(hào)：磁頭數(shù)=存儲(chǔ)面數(shù)，用二進(jìn)制數(shù)編碼；柱面號(hào)：柱面數(shù)，用二進(jìn)制數(shù)編碼；扇區(qū)號(hào)：扇區(qū)數(shù)，用二進(jìn)制數(shù)編碼?！ ?
(8) 如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上?
答：如果某文
7、件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一柱面上，因?yàn)椴恍枰匦聦さ?，?shù)據(jù)讀寫(xiě)速度快。
4. 高速緩沖存儲(chǔ)器：
1) 概念：命中、不命中、命中率
①Cache命中(hit)：CPU欲訪問(wèn)的數(shù)據(jù)已在Cache中。（訪主存、訪Cache）
②Cache不命中(miss)：CPU欲訪問(wèn)的數(shù)據(jù)不在Cache內(nèi)。（訪Cache）
③命中率：CPU 欲訪問(wèn)的信息在 Cache 中的比率。
2) 替換算法：先進(jìn)先出 （ FIFO ）算法、近期最少使用（ LRU）算法。
3) 讀操作：
4) 寫(xiě)操作：
如果Cache命中:寫(xiě)直達(dá)法、寫(xiě)回法。
如果Cache不命中，就直接把信息寫(xiě)入主存，而與Cache無(wú)關(guān)。
5) Cache的性能分析
命中率：CPU 欲訪問(wèn)的信息在 Cache 中的 比率。
設(shè)Nc為訪問(wèn)Cache的總命中次數(shù)，Nm為訪問(wèn)主存的總次數(shù),則
Cache 命中率為: H= Nc/(Nc+Nm)
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