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1、第三章第三章 存储器存储器3.1 存储器系统概述3.2 半导体存储器3.3 主存储器3.4 计算机中的内存管理3.5 外存储设备3.6 计算机中的文件管理3.1存储器系统概述3.1.1 存储器的分类存储器的分类3.1.2 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标3.1.3 存储系统的层次结构存储系统的层次结构1.按在系统中的作用分类按在系统中的作用分类3.1.1 3.1.1 存储器的分类存储器的分类主主存存储储器器(简简称称主主存存)用用来来存存放放CPU当当前前运运行行时时所所需需要的程序和数据，以便向要的程序和数据，以便向CPU快速提供信息。快速提供信息。辅辅存存是是用用来来存存放放一一些
2、些永永久久保保留留的的程程序序、数数据据和和文文件件，在在CPU需需要要处处理理时时再再同同主主存存交交换换，辅辅存存又又称称外外存存储器。储器。主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器2.按存储介质分类按存储介质分类3.1.1 3.1.1 存储器的分类存储器的分类根根据据存存储储介介质质的的材材料料和和器器件件不不同同，可可将将存存储储器器分分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。为磁存储器、半导体存储器和光存储器。在在微微型型计计算算机机中中，通通常常采采用用半半导导体体存存储储器器作作为为内内存存储储器器，用用硬硬磁磁盘盘、软软磁磁盘盘、光光盘盘和和磁磁带带作作为为外外存储器。存储器。3.按信
3、息存储方式分类按信息存储方式分类3.1.1 3.1.1 存储器的分类存储器的分类1.存储容量存储容量3.1.2 3.1.2 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标指指存存储储器器可可以以容容纳纳的的二二进进制制信信息息量量的的多多少少，通通常常以以存存储储单单元元的的总总位位数数来来表表示示。即即容容量量=字字数数字字长长。字字数数即即存存储储单单元元数数，字字长长即即一一个个存存储储单单元元的的位位数数。如如某某存存储储器器有有2048个个存存储储单单元元，每每个个单单元元存存放放8位二进制数，则其容量为位二进制数，则其容量为20488位。位。2.最大存取时间最大存取时间3.1.2 3.1
4、.2 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标存存储储器器的的存存取取时时间间为为访访问问一一次次存存储储器器(对对该该存存储储器器中中指指定定单单元元的的一一次次写写入入或或读读出出)所所需需的的时时间间，这这个个时时间间的的上上限限即即为为最最大大存存取取时时间间。最最大大存存取取时时间间越越短短，则存储器的工作速度越快。则存储器的工作速度越快。3.其它指标其它指标可可靠靠性性、集集成成度度、价价格格等等也也是是需需要要我我们们关关心心的的性性能能指标。指标。4、计量单位、计量单位v位：一个位：一个cellcell，记做，记做bitbitv字节：字节：8bit8bit，记做，记做ByteB
5、yte，简写，简写B Bv1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB 1TB=1024GB 1PB=1024TB 00001H00000HFFFFFH5、存储器地址空间、存储器地址空间 8086地址总线有地址总线有20位，可以位，可以寻址寻址220=1M字节的存储器地址字节的存储器地址空间空间，按照，按照00000HFFFFFH来编址。来编址。编址的单位为字节编址的单位为字节3.1.2 3.1.2 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标+段寄存器值段寄存器值偏移量偏
6、移量物理地址物理地址IPCSSI、DI、BXDSSP、BPSS代码段代码段数据段数据段堆栈段堆栈段存储单元物理地址的计算存储单元物理地址的计算 物理地址物理地址=段地址段地址+偏移量偏移量8086运行过程中，取指令时，运行过程中，取指令时，CPU就会选择就会选择CS和和IP中内容中内容形成指令所在的形成指令所在的20位物理地位物理地址；进行内存操作是，址；进行内存操作是，CPU会选择会选择DS和和SI、DI或或BX形形成操作数所在的成操作数所在的20位物理地位物理地址。址。作用作用:存储程序和被处理的数据以及运算的结果。存储程序和被处理的数据以及运算的结果。1、主存、辅存、高速缓存、主存、辅存
7、、高速缓存按存储器在微机中的不同地位，可以分为：按存储器在微机中的不同地位，可以分为：v主存：或称内存，它用来存放当前正在使用的或主存：或称内存，它用来存放当前正在使用的或经常要使用的程序和数据，经常要使用的程序和数据，CPU可以直接对其进行可以直接对其进行访问。程序只有被放入内存，才能被访问。程序只有被放入内存，才能被CPU执行。执行。v辅存：或称外存，它用来永久存放各种信息。辅存：或称外存，它用来永久存放各种信息。v高速缓冲存储器：介于高速缓冲存储器：介于CPU与主存之间的容量更与主存之间的容量更小、而速度更快的存储器。小、而速度更快的存储器。3.1.3 3.1.3 存储系统的层次结构存储
8、系统的层次结构2、多级存储结构、多级存储结构-主存与高速缓存主存与高速缓存多级存储结构的形成多级存储结构的形成:CPU不断的访问存储器，存储器的存取速度将直接影响计不断的访问存储器，存储器的存取速度将直接影响计算机的工作效率。算机的工作效率。在某一段时间内，在某一段时间内，CPU只运行存储器中部分程序和访问部只运行存储器中部分程序和访问部分数据，其中大部分是暂时不用的。分数据，其中大部分是暂时不用的。增加高速缓冲存储器增加高速缓冲存储器（Cache）目的：提高）目的：提高CPU运行速度，提高运运行速度，提高运行效率。行效率。位置：位置：CPU与主存之间与主存之间CPU辅辅 存存Cache主主
9、存存CPU辅辅 存存主主 存存3.1.3 3.1.3 存储系统的层次结构存储系统的层次结构主存先将某一小数据块移入主存先将某一小数据块移入Cache中，当中，当CPU对主对主存某地址进行访问时，先通过地址映像变换机制判断该存某地址进行访问时，先通过地址映像变换机制判断该地址所在的数据块是否已经在地址所在的数据块是否已经在Cache中，若在则访问中，若在则访问Cache，称为，称为“命中命中”，若不在则，若不在则CPU直接访问主存，直接访问主存，并同时将主存中包含该地址的数据块调入并同时将主存中包含该地址的数据块调入Cache中，以中，以备备CPU的进一步访问。的进一步访问。主存地址主存地址地址
10、映象变换地址映象变换Cache主存主存CPU译码译码命中命中未命中未命中3.1.3 3.1.3 存储系统的层次结构存储系统的层次结构3、虚拟存储器、虚拟存储器虚拟存储器是在虚拟存储器是在“主存主存辅存辅存”层次结构上的进一层次结构上的进一步发展和完善，它指的是基于步发展和完善，它指的是基于“主存主存辅存辅存”的物的物理结构，由负责信息划分以及理结构，由负责信息划分以及“主存主存辅存辅存”之间之间信息调动的辅助硬件和操作系统中的存储管理软件信息调动的辅助硬件和操作系统中的存储管理软件所组成的存储体系。所组成的存储体系。3.1.3 3.1.3 存储系统的层次结构存储系统的层次结构具有虚拟存储体系的
11、机器在运行时，先要把运行程具有虚拟存储体系的机器在运行时，先要把运行程序的逻辑地址转换成物理地址，再到内存中取出指序的逻辑地址转换成物理地址，再到内存中取出指令或数据。令或数据。3、虚拟存储器、虚拟存储器u非虚拟存储体系与虚拟存储体系的本质区别非虚拟存储体系与虚拟存储体系的本质区别(1)虚拟存储系统允许用户使用比主存容量大得多虚拟存储系统允许用户使用比主存容量大得多的地址空间来访问主存；而非虚拟存储系统只允许的地址空间来访问主存；而非虚拟存储系统只允许用户至多用主存容量，而实际上只用比主存容量小用户至多用主存容量，而实际上只用比主存容量小的、分配给它使用的那部分空间来访问主存。的、分配给它使用
12、的那部分空间来访问主存。3.1.3 3.1.3 存储系统的层次结构存储系统的层次结构(2)虚拟存储系统每次访问主存时，都要进行虚、虚拟存储系统每次访问主存时，都要进行虚、实地址的变换；而非虚拟存储系统则不必，只在某实地址的变换；而非虚拟存储系统则不必，只在某段程序运行之前由操作系统分配主存工作区，将该段程序运行之前由操作系统分配主存工作区，将该段程序从辅存调至主存。段程序从辅存调至主存。3.2 半导体存储器3.2.1 随机存储器与只读存储器随机存储器与只读存储器3.2.2 DDR系列存储器系列存储器按存取方式分类：按存取方式分类：双极型双极型RAM静态静态SRAMMOS动态动态DRAMROM掩
13、模掩模ROM电可擦除电可擦除(E2PROM)可编程可编程ROM(PROM)光可擦除光可擦除(EPROM)半导体存储器半导体存储器3.2.1 3.2.1 随机存储器和只读存储器随机存储器和只读存储器 RAM随机存储器包含两重含义随机存储器包含两重含义:1.对存储器的访问是随机的，即能以任意的顺对存储器的访问是随机的，即能以任意的顺序访问一存储单元。序访问一存储单元。2.存储器可读可写。存储器可读可写。RAM主要用于主存储器和高速缓冲存储器。主要用于主存储器和高速缓冲存储器。RAM按工艺分为晶体管双极型和按工艺分为晶体管双极型和MOS型（金属型（金属氧化物半导体）。氧化物半导体）。MOS型又可分为
14、静态存储器型又可分为静态存储器（SRAM）和动态存储器（）和动态存储器（DRAM）。）。MOS型示意图型示意图 （MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管）金属氧化物半导体场效应晶体管）Substrate material基底材料基底材料Current channel电流沟道电流沟道Source 源极源极Drain漏极漏极Gate 门电极门电极Metal-oxide layer MOS（金属氧化物半导体）（金属氧化物半导体）一种集成一种集成电路技术，在金属门电极和半导体通道之电路技术，在金属门电极和半导体通道之间采用二氧化硅作为绝缘层来制作场效应间采用二氧化硅作为绝缘层来制作场效应晶体管晶体管
15、(FET)。MOSFET:Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor 3.2.1 3.2.1 随机存储器和只读存储器随机存储器和只读存储器 ROM只读存贮器只读存贮器 CPU正常操作时，只能读取正常操作时，只能读取ROM中的内容，中的内容，但对它的访问也是随机的。但对它的访问也是随机的。一般在一般在ROM中存放固定的程序和数据，如中存放固定的程序和数据，如计算机系统的引导程序、监控程序、基本输入输计算机系统的引导程序、监控程序、基本输入输出（出（BIOS）程序等，使计算机能够开机运行。）程序等，使计算机能够开机运行。计算机系统在加电以后，
16、马上就运行计算机系统在加电以后，马上就运行ROM中的引导程序，将复杂的系统程序从辅存中引入中的引导程序，将复杂的系统程序从辅存中引入主存。主存。3.2.1 3.2.1 随机存储器和只读存储器随机存储器和只读存储器掩模掩模ROM、PROM、EPROM、E2PROMv掩模掩模ROM是由厂家按用户要求制作的，制成后，只能是由厂家按用户要求制作的，制成后，只能读不能改写；读不能改写；v PROM称为可编程的只读存储器，称为可编程的只读存储器，PROM允许用户允许用户写一次，写完后就无法再改动，应用于高速计算机的微写一次，写完后就无法再改动，应用于高速计算机的微程序存储器；程序存储器；v EPROM称为可擦写的只读存储器，称为可擦写的只读存储器，EPROM允许用允许用户将写入的内容整个擦除掉，擦掉后还可以重写，这样户将写入的内容整个擦除掉，擦掉后还可以重写，这样可以反复多次。最后一次写成后仍是一个只读存储器；可以反复多次。最后一次写成后仍是一个只读存储器；vE2PROM称为可在线擦写只读存储器，它和称为可在线擦写只读存储器，它和RAM的读、的读、写方式完全类似，只是写操作时，需等待写方式完全类似
