CPU(Cache)、主存、外存;
主存:主要存放CPU当前使用的指令和数据。
特点:能随机访问、工作速度快、有足够的的存储容量;
辅存(外存):存放大量的后备程序和数据。
特点:速度较慢,容量较大;
高速缓冲存储器:存放CPU在当前一小段时间内多次使用的程序和数据,以缓解CPU和主存的速度差异。
特点:速度非常快、容量小;
物理存储器与虚拟存储器:
物理存储器:物理形态上真实存在的存储器,简称为实存,其地址称为物理地址或实地址。
虚拟存储器:虚拟存储器是一个逻辑模型,并非物理存在,基于物理存储器并靠硬件+ 操作系统的映射来实现。
存储器的分类(按存储介质):
半导体存储器:
静态存储器:利用双稳态触发器的两个稳定状态存储信息,信息易失;
动态存储器:依靠电容上的电荷暂存信息,主存。
磁表面存储器:
利用磁层上不同方向的磁化区域表示信息,容量大,
光盘存储器:
利用光斑的有无/晶相等变化表示信息,容量很大,非破坏性读出,长期保存信息,速度慢,外存。
存储器的分类(按存取方式):
随机存取存储器(随机存取:按地址访问存储器中的任一单元,访问时间与存储单元的地址无关);
顺序存取存储器:访问时读/写部件按顺序查找目标地址,访问时间与数据的存储位置有关;
直接存取存储器:访问时读/写部件先粗定位一个小区域,再在该区域内顺序寻找。
存储器的技术指标:
存取时间、存取周期、数据传输率;
静态RAM:依靠存储单元中的交叉反馈电路形成互锁,通过电源对电路的持续供电以存储信息。
动态RAM:依靠存储单元中形成的栅极电容来保存信息,不需要持续电源,因此需要定期逐行刷新。
存储器的设计原则:
接口协议的匹配(物理特性、功能规范、电平特性、时序逻辑等等);
存储芯片选择;
存储器的地址分配与地址译码;
芯片的布局和排线;
动态存储器的刷新:
刷新的含义:定期向电容补充电荷 。
原因:动态存储器依靠电容电荷存储信息,没有电源持续供电,电荷会泄露,故需定期向电容补充电荷,才能维持存储的信息不变。
最大刷新间隔 DDR:64ms
刷新方法:逐行刷新;
刷新与重写的区别:
刷新与读写操作无关,定期自动补充电荷以保持信息;重写是破坏性读出后的自动操作,以恢复原来信息。
刷新周期的安排:
集中刷新、分散刷新、异步刷新;
磁表面存储器:
存储介质与磁头:
存储介质:磁层材料;
读写原理:
两种磁化方式:水平磁化垂直磁化;
存储介质:磁层;
读/写部件:磁头;
数据写入:磁头线圈中加磁化电流(写入电流),磁层移动,形成连续的小段磁化区(位单元区)。
读出数据:线圈中不加电流,磁层移动。当位单元的转变区经过磁头下方时,线圈两端会产生感应电势。
磁记录的编码方式:
采用某种变化规律,将一串二进制代码序列转换成记录磁层中相应的磁化状态。
集中常见的记录方式:
不归零 -1 制(NRZ 1)
调相制(相位调制PM,相位编码PE)
调频制(FM)
改进型调频制(MFM或M^2F)
群码制(GCR)
磁盘存储器及其接口:
磁盘系统包括以下几个部分:
硬件:盘片(存储体),磁盘驱动器,磁盘控制器与接口。
软件:主要是硬盘驱动程序,固化在ROM中。
硬盘:适用于调用较频繁的场合,常作为主存的直接后援。
盘片:单面或双面记录;
盘组:多个盘片组装成1个盘组;
磁盘整列(RAID):多个盘组形成;
硬盘信息分布与寻址信息:
信息分布:
盘组:多个盘片,双面记录;
圆柱面:各记录面上相同的序号的磁道构成一个圆柱面(圆柱面 = 道数/面)
数据块:扇区(定长记录格式);记录块(不定长记录格式),无扇区划分;
寻址方式:
驱动器号 --- 圆柱面号 --- 磁头号 --- 扇区号 --- 字节序号;
确定硬盘 确定柱面 确定磁面 定位扇区 定位字节
记录格式(磁道的格式):
非格式化容量
= 盘面数 × 磁道数/面 × 内圈周长 × 内圈位密度;
格式化容量
= 盘面数 × 磁道数/面 × 扇区数/道 ×字节数/扇区;
硬盘的基本操作:
数据寻址:寻找磁道(磁头径向移动) ---- 寻找扇区(盘片旋转)
数据读写:串行读/写 ---- 格式转换 ---- 输入/输出(DMA)
硬盘的技术指标与校验
记录密度:
磁道密度:盘面上单位径向长度内的磁道数;
位密度:磁道上单位长度可记录的比特数量;
存储容量:
格式化容量:通过扇区来计算;
非格式化容量:通过位密度来计算;
速度指标:
平均存取时间(寻道 + 旋转)、数据传输率(带宽);
磁表面存储器的校验
海明校验
循环冗余校验(CRC)
磁盘适配器
功能与作用:
面向总线:提供符合总线标准的接口逻辑;
面向磁盘驱动器:提供与磁盘驱动器匹配的接口逻辑;
工业标准:
SCSI、IDE、SATA等
光学存储器
光存储原理:
用激光照射存储介质,使其发生某种物理化学的特性变化,据此记录信息。
存储介质特性:形变型、相变型、磁光型;
激光波长与焦距;
光盘存储器:
光道特征:每个光道也划分成若干扇区;由内向外的螺旋线,与蚊香的结构相似。
设置Cache的原因:
为解决CPU和主存速度不匹配而采用的一项技术,使访问主存的平均速度接近于访问Cache的速度。有硬件系统实现,对用户透明。已在CPU内集成,两级以上的Cache系统。