第四章:存储系统:第一节——存储器概述

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目录

一、概述

二、存储器的分类

1、存储介质

2、存储方式

3、可改写性

4、可保存性

5、功能和存取速度

三、存储器性能指标和存储系统性能结构

1、存储器性能指标

2、存储器系统层次结构

四、主存的基本结构

五、用于地址译码的译码结构

1、单译码结构

2、双译码结构

六、主存中数据的存放

1、机器字长与存储字长的区别

2、地址访问模式

3、大端和小端方式

4、数据的边界对齐


一、概述

以下图片,我们在第一章介绍过。

■ 现代计算机以存储器为中心,它是计算机中存放指令和数据的主要部件。

  • 存储器的容量越大,能存储的信息越多。
  • 提高存储系统的访问速度,是提高计算机处理信息速度的重要措施。

■因此,开发具有大容量、高速度和低成本的存储系统是计算机技术发展的关键目标之一。

对于计算机,我们所说的内存是指主存储器,硬盘是辅助存储器。对于智能手机,运行内存是指主存储器,机身内存是指辅助存储器。那么我们思考以下几个问题。

当我们买电脑时,喜欢给自己的计算机跑分

二、存储器的分类

1、存储介质

2、存储方式

3、可改写性

4、可保存性

5、功能和存取速度

三、存储器性能指标和存储系统性能结构

1、存储器性能指标

1)存储容量

存储容量是指存储器可以****存储的二进制信息的总量

2)存取速度

可以分为存储时间,存储周期,存储器带宽

2、存储器系统层次结构

  • 上层存储器可为下层存储器做缓冲,将最经常使用的数据的副本调度到上层,使得CPU只需要访问上层的快速小容量存储器即可获得大部分数据。可以有效提高存储系统的访问速度,缓解CPU与主存(内存)、主存(内存)与辅存(外存)的性能差异。
  • 另外,使用大容量辅存(外存),缓解了主存(内存)容量不足的问题。

基于这种层次结构,就可构建出满足应用需求的存储容量大、存取速度快、成本低的存储系统。

四、主存的基本结构

主存是机器指令直接操作的存储器,需要基于主存地址对其进行随机访问

那么为什么将待访问的存储单元的地址写入MAR中就可以找到存储体的这个具体的存储单元了呢?我们举例说明。

五、用于地址译码的译码结构

1、单译码结构

2、双译码结构

那么思考一下,相同存储容量,改用单译码结构,则译码输出线有多少条?

六、主存中数据的存放

1、机器字长与存储字长的区别

2、地址访问模式

  • 主存通常按字节进行编址,而存储字长(主存中的一个存储单元所能储存的二进制位数)是字节的2的整数次幂倍(1,2,4,8等)。
  • 一机器字长为32位的计算机为例,对主存的访问既可以按字节访问,也可以按16位半字节访问,还可以按32位字节访问。因此,可将主存地址划分为:
  1. 字节地址
  2. 半字地址
  3. 字地址

3、大端和小端方式

请同学们注意:
1.上述两种方式并没有绝对的优劣之分,它们在不同的处理器架构和应用场景中都有各自的适用性和优势。
2.除处理器外,大小端方式还涉及外部设备设计、网络数据传输、音视频文件保存等。
3.小端与大端方式的区别不仅存在于处理器的寄存器、存储器中,在指令集、系统总线等各个层次中也可能存在差别。

4、数据的边界对齐

  • 主存空间通常按字节进行编址。
  • 高级语言中不同数据类型的变量所包含的字节数量可能不同。
  1. 编译器在为这些变量分配主存空间时,理论上可以从主存空间的任何一个字节地址开始。
  2. 当一个多字节变量被编译器分布在不同的字存储单元中时,访问该变量就需要多个存取周期。
  3. 为了提高数据访问效率,应该要考虑数据变量、数据结构在主存空间中的边界对齐问题。

边界对齐的规则

  • 字节数据不存在边界对齐问题(因为主存空间就是按字节编址的)
  • 半字(2字节)数据的起始字节地址的最低1位为0(即地址是2的整数倍)
  • 单字(4字节)数据的起始字节地址的最低2位为00(即地址是4的整数倍)
  • 双字(8字节)数据的起始字节地址的最低3位为000 (即地址是8的整数倍)

七、练习

最后,感谢大家的观看!

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