本文主要介紹存儲器的分類、層次結構和性能指標:
一、存儲器的分類:
計算機中的存儲器種類繁多,大致可以從以下角度對存儲器進行分類
1.按存儲介質分:
①半導體存儲器
1.靜態存儲器:以觸發器原理存儲信息,信息易失
2.動態存儲器:以電容充斥原理存儲信息
②磁表面存儲器
利用磁層上不同方向的磁化區域存儲信息,通過磁頭和磁記錄介質的相對運動完成讀出和寫入(如:IDE硬盤,SATA硬盤)
③光盤存儲器
利用光斑的晶相變化存儲信息,利用激光技術在光存儲介質上寫入和讀出信息(如:CD-ROM只讀型光盤 WORM一次寫入型光盤 可重寫型光盤)
2.按存取方式分:
①隨機存儲器(RAM和ROM):
存儲器中的任何一個存儲單元的內容都可以隨機存取,按地址訪問存儲器中的單元,訪問時間與地址無關。主要用做主存或高速緩衝存儲器。
RAM:可讀可寫,如:SDR/DDR/DDR2-4
ROM:只讀,信息一旦寫入就固定不變了,即使斷電,內容也不會丟失。因此通常用它存放固定不變的程序、常數、漢字字庫
PROM可寫入一次 EPROM可多次編程(紫外線擦除) EEPROM可多次寫入(電擦除)
②串行存儲器
對存儲單元進行讀/寫操作時,按其物理位置的先後順序尋址,包括順序存儲器和直接存儲器
順序存儲器(SAM):
訪問時按順序查找目標地址,訪問時間與地址有關(如磁帶,電影膠片)
直接存儲器(DAM):
存取信息時通常先尋找整個存儲器中的某個小區域(如磁盤上的磁道),再在小區域內順序查找
3.按存儲內容可變性分:
只讀存儲器和隨機讀寫存儲器
4.按信息易失性分:
易失性存儲器:斷電後,存儲信息即消失的存儲器,如RAM
非易失性存儲器:斷電後,信息仍保持的存儲器,如ROM、磁表面存儲器和光存儲器
5.按在系統中的作用分:
主存儲器(內存):用來存放計算機運行期間所需的大量程序和數據,CPU可以直接隨機地對其進行訪問,也可以和Cache以及外存交換數據。容量較小,存取速度快,單位成本較高
輔助存儲器(外存):用來存放暫時不用的數據和程序,以及一些需要永久性保存的信息,不能直接與CPU交換信息。容量較大,存取速度慢,單位成本較低
高速緩衝存儲器(Cache):位於主存和CPU之間,用來存放正在執行的程序段和數據,以便CPU能高速地使用它們
二、存儲器的層次結構:
爲了解決存儲系統容量、成本、速度之間的矛盾,在計算機系統中,通常採用多級存儲器結構
注意以下幾點:
①“Cache-主存”層次:主要解決CPU和主存速度不匹配的問題
“主存-外存”層次:主要解決存儲系統的容量問題
②Cache、主存能與CPU直接交換信息
外存需要通過主存與CPU間接交換信息
③主存和Cache之間的數據調動是由硬件自動完成的,對所有程序員均透明
主存和外存之間的數據調動是由硬件和操作系統共同完成的,對應用程序員是透明的
④“主存-外存”層次的不斷發展中逐漸形成了虛擬存儲系統
三、存儲器的性能指標
存儲容量:存儲容量 = 存儲字數 × 字長,如1M × 8
存儲字數表示存儲器的地址空間大小,字長表示一次存取操作的數據量
設機器字長爲64位,某存儲器可尋址的單元個數爲16M,若按字編制,求該存儲器的存儲容量:
64 bit = 8B
存儲容量 = 16M × 8 = 128MB
存取週期:存儲器進行一次完整的讀寫操作所需的全部時間,即連續兩次獨立地訪問存儲器操作(讀或寫)之間所需的最小時間
對任何一種存儲器,在讀寫操作之後,總要由一段恢復內部狀態的復原時間,所以,存取週期 = 存取時間 + 恢復時間
存取速度:
數據傳輸率 = 數據寬度 / 存儲週期,就是數據量 ÷ 時間
若某存儲器存儲週期爲250ns,每次讀出16bit,求該存儲器的數據傳輸率:
16bit = 2B
數據傳輸率 =