25考研计算机组成原理复习·3.3主存储器与CPU的连接·3.4外部存储器

目录

主存储器与CPU的连接

存储芯片的基本结构

位扩展/字扩展

位扩展

字扩展

字位同时扩展

外部存储器

磁盘存储器

磁盘原理

磁盘设备的组成

性能指标

磁盘阵列RAID

固态硬盘

组成

[👩‍💻 读写性能特性](#👩‍💻 读写性能特性)

与机械硬盘相比的特点

[👩‍💻 磨损均衡技术](#👩‍💻 磨损均衡技术)


主存储器与CPU的连接

存储芯片的基本结构

  1. 译码驱动电路
  2. 存储矩阵
  3. 读写电路
  4. 地址线、数据线、片选线、读写控制线(RD‾,WE‾均为低电平有效)

位扩展/字扩展

位扩展

连接方式:各芯片的地址线、片选线和读/写控制线与系统总线相应并联;各芯片的数据线单独引出,分别连接系统数据线。各芯片同时工作。

字扩展

线选法 👩‍💻 译码片选法
n条线 → n个选片信号 n条线 → 2^个选片信号
电路简单 电路复杂
地址空间不连续 地址空间可连续

字位同时扩展

连接方式:将进行位拓展的芯片作为一组,各组的连接方式与位扩展的相同;由系统地址线高位译码产生若干片选信号,分别接到各组芯片的片选信号。

外部存储器

磁盘存储器

磁盘原理

磁盘设备的组成
  1. 存储区域:磁头(Heads)、柱面(Cylinders)、扇区(Sectors)
  2. 硬盘存储器:磁盘驱动器、磁盘控制器、盘片
性能指标
  1. 容量:
    1. 格式化:指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量。
    2. 非格式化:指磁记录表面可利用的磁化单元总数。
  2. 记录密度:
    1. 道密度:沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数
    2. 位密度:磁道单位长度上能记录的二进制代码位数
    3. 面密度:位密度和道密度的乘积
  3. 👩‍💻 平均存取时间:寻道时间 + 旋转延迟时间 + 传输时间
  4. 数据传输率:磁盘村暑期在单位i时间内向主机传送数据的字节数

磁盘地址:驱动器号 | 柱面(磁道)号 | 盘面号 | 扇区号

磁盘阵列RAID

  1. 思想:利用磁盘廉价的特点提高存储性能、可靠性和安全性
  2. RAID0:条带化,提高存取速度。没有容错能力
  3. RAID1:镜像磁盘互为备份
  4. RAID2-5:通过数据校验提高容错能力

固态硬盘

原理:基于闪存技术 Flash Memory,属于电可擦除ROM,即EEPROM

组成

  1. 闪存翻译层------负责翻译逻辑块号,找到对应页(Page)
  2. 存储介质:多个闪存芯片(Flash Chip)------每个芯片包含多个块(block)------每个块包含多个页(page)

👩‍💻 读写性能特性

  1. 以页(page)为单位读/写------相当于磁盘的"扇区"
  2. 以块(block)为单位"擦除",擦干净的块,其中的每页都可以写一次,读无限次
  3. 支持随机访问,系统给定一个逻辑地址,闪存翻译层可通过电路迅速定位到对应的物理地址
  4. 读快、写慢。要写的页如果由数据,则不能写入,需要将块内其他页全部复制到一个新的(擦除过的)块中,再写入新的页

与机械硬盘相比的特点

  1. SSD读写速度快,随机访问性能高,用电路控制访问位置;机械硬盘通过移动磁臂旋转磁盘控制访问位置,有寻道时间和旋转延迟
  2. SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低、造假更贵
  3. 👩‍💻 SSD的一个"块"被擦除次数过多(重复写同一个块)可能会坏掉,而机械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉

👩‍💻 磨损均衡技术

  1. 思想:将"擦除"平均分布在各个块上,以提升使用寿命
  2. 动态磨损均衡------写入数据时,优先选择累计擦除次数少的新闪存块
  3. 静态磨损均衡------SSD监测并自动进行数据分配、迁移,让老旧的闪存块承担以读为主的存储任务,让较新的闪存块承担更多的写任务
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