- 存储系统概述
- 存储系统的层次结构
-
为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾，计算机中通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括高速缓冲存储器和主存储器。CPU不能直接访问外存储器，外存储器的信息必须调入内存储器才能被CPU处理。
-
高速缓冲存储器－主存 层次：CPU的处理速度比主存的存取速度快。为弥补主存速度的不足，在主存和CPU之间增加一级高速缓冲存储器(Cache)。其特点是速度高而容量小。它所存放的是主存中部分内容的复制，是当前最有可能被CPU访问的信息。
-
从整体看，Cache－主存层次的存取速度接近于Cache的速度，而容量接近于主存的容量。Cache存储器全部由硬件调度，对程序员是透明的。
从整体看，主存－辅存层次具有接近于主存的速度和接近于辅存的容量。
-
- 存储器的分类
- 按存储介质分 • 半导体存储器：主要有MOS型存储器和双极型存储器两大类。 • 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，常见的有磁盘、磁带等。 • 光存储器：采用激光技术访问的存储器。
- 按存取方式分
• 随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。如半导体存储器。
• 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。如磁带存储器。
磁盘存储器既不像随机存储器那样能随机地访问任一个存储单元，也不像顺序存储器那样完全按顺序存取，而是介于两者之间。存取信息时，第一步指向整个存储器中的某个小区域（磁盘上的磁道）；第二步在小区域内顺序检索，直至找到目的地后再进行读/写操作。其存取时间和信息的物理位置有一定关系。
-
按存储器的读写功能分 • 只读存储器(ROM)：存储的内容固定不变，只能读出而不能写入。 • 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入。
-
按信息的可保存性分
• 易失性存储器：断电后信息即消失的存储器。 • 非易失性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。 - 按在计算机系统中的作用分
• 根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器（用于存放微程序，由ROM构成）。
- 存储器的编址和端模式
-
-
存储容量：存储器所包含的存储单元的总数称为存储容量。存储容量用字数或字节数表示。一个字节定义为8个二进制位，一个字包括2个或4个字节。
- 存取时间：从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。例如：读出时间是指从CPU向主存发出有效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间；写入时间是指从CPU向主存发出有效地址和写命令开始，直到信息写入被选中单元为止所用的时间。
- 存取周期：连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。一般情况下，存取周期大于存取时间。这是因为对于任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段恢复内部状态的复原时间。
- 存储器带宽：又称数据传输率，指单位时间内存储器可读写的数据量，用位/秒或字节/秒度量。由存取周期和字长决定。
- 可靠性：用平均无故障时间来衡量。
- 其它参数：功耗、价格等。
-
- 存储系统的层次结构
-
静态随机存取存储器
目前广泛使用的半导体存储器是MOS型半导体存储器，可以分为静态MOS型存储器（Static RAM）和动态MOS型存储器（Dynamic RAM）
六管SRAM存储元的电路图$T_3、T_4相当于负载电阻，T_1、T_2构成双稳态触发器。若T_1截止，A为高电平，使T_2导通，B为低电平，而B的低电平又使T_1更加截止；反之，若B为高电平，则A为低电平。$
可见该电路有两个稳定状态，且A和B两点电位总是互反的。如果用A点高电平代表 “1”，A点低电平代表 “ 0”，该电路可存储一位二进制数。
$T_5、T_6、T_7和T_8为控制管。如果某存储元被选中，X、Y地址译码线均处于高电平，使T_5～T_8导通，输入输出电路I/O和\overline{I/O}分别与A点和B点相连，A点和B点的电平状态就能输出到I/O和\overline{I/O}上，完成$读操作。
$写操作时，如果要写入“1”，在I/O线上输入高电位，在\overline{I/O}线上输入低电位，开启T_5～T_8四个MOS管把高、低电位分别加在A、B点，使T_1管截止，使T_2管导通，将“1”写入存储元。如果要写入“0”，在I/O线上输入低电位，在\overline{I/O}线上输入高电位，打开T_5～T_8，把低、高电位分别加在A、B点，使T_1管导通，T_2管截止，将“0” 写入存储元。$
本例任何一个 SRAM，都有三组信号线与外部打交道： ①地址线，本例中有 6 条，即 $A_0、A_1、 A_2、 A_3、 A_4、 A_5$，它指定了存储器的容量是 $2^6$=64 个存储单元。 ②数据线，本例中有4 条，即 $I/O_0、 I/O_1、 I/O_2 、 I/O_3$，说明存储器的字长是 4 位，因此存储位元的总数是 64×4=256。 ③控制线， 本例中 $R/\overline{W}$ 控制线， 它指定了对存储器进行读( $R/\overline{W}$ 高电平)， 还是进行写( $R/\overline{W}$低电平)。注意，读写操作不会同时发生。
-
SRAM存储器由存储体、地址译码电路、读写电路和控制电路组成。 * 存储体： 存储体是存储单元的集合。 * 地址译码器：CPU要选择某一存储单元，就在地址总线上输出该单元的地址信号给地址译码器，译码器把二进制代码表示的地址转换成电平信号，选中要访问的存储单元。 * 片选与读写控制电路：读写控制线用来控制芯片是进行读操作还是写操作；片选线用来决定该芯片是否被选中。
- SRAM读/写时序
- 存储器容量的扩充
- 存储器与CPU的连接
存储容量: 半导体存储芯片所能存储的二进制信息位数(单位bit)
可寻址最大范围: $2^k n$ (单位bit，1Byte=8bit)
RAM芯片通过地址线、数据线和控制线与外部连接。存储器同CPU的连接就是要完成地址线、数据线和控制线的连接。地址线是单向输入的，数据线是双向的，既可输入也可输出。单个芯片的存储容量往往不能满足要求，需要进行扩展。扩展的方法有：位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法。
-
- 动态随机存取存储器
- 只读存储器
- 并行存储器
- cache存储器
- 虚拟存储器
- 奔腾系列机的虚存组织
