第6章-存储系统-微机原理、汇编语言与接口技术课件.ppt

第6章 存储系统6.1存储器概述 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。存储器的种类很多，早期的计算机按其用途可分为主存储器和辅助存储器两大类，主存储器又称为内存储器（简称内存），辅助存储器又称为外存。CPU可以直接访问内存，但不能直接访问外存。外存作为一种外设，其信息必须先送到内存，CPU才能访问。内存是用半导体材料做成的；外存则可以采用磁性材料做成，如磁盘、磁带等，或采用激光存储器。内存相对于外存速度快，但容量小。CPU存取信息的速度是影响计算机运算速度的重要因素。内存的速度虽然比外存快，但远远跟不上CPU的速度。为了解决这一问题，后来的微机中，一方面在CPU内部增加更多的寄存器来存放中间数据，减少访问存储器的次数；另一方面，在CPU和内存之间增加高速缓冲存储器Cache来临时存放当前运行的程序和中间运算结果。CPU内部的寄存器阵列 CPU内部的寄存器阵列是存取速度最快的存储器件，包括程序员可见的的可编程寄存器和程序员不可见的控制寄存器。随着CPU的发展，在CPU内部的寄存器也越来越多，这样可以减少访问更慢速存储器件的次数，提高计算机的性能。寄存器位于CPU内，访问速度快，但个数有限，一般几十个或一百多个不等。虚拟存储技术 CPU可直接访问的存储器容量的大小是影响计算机运算速度的又一重要因素。如前所述，CPU不能直接访问外存，只能访问内存。在早期的微机中，如果某个程序太大了，在内存中放不下就不能运行。为了解决这一问题，后来的微机中引入了虚拟存储技术，在该技术中拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，计算机就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存使用的压力。虚拟存储技术能从逻辑上为用户提供一个比物理储存容量大得多的、可寻址的“主存储器”，虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。在虚拟存储技术中，与Cache技术类似，仍然是根据局部性原理，将程序中当前要运行的部分装入内存运行；与Cache不同的是，要装入内存的数据比装入Cache的数据大得多，另外，虚拟存储技术中也能自动实现部分装入和部分替换功能，但这些功能由软件实现。控制存储器 此外，在微程序设计中，在控制器中设置控制存储器来存放微程序，每一条机器指令对应一段微程序。不过，控制存储器对一般程序员是不可见的，是设计计算机或设计指令系统时存放微程序用的。存储系统的分层体系结构 综上所述，在现代微型计算机中，存储系统采用的是分层次的体系结构，如图6-1所示。按访问速度和价格由高到低、同时容量由小到大可分为：寄存器阵列、高速缓冲存储器、主存储器和各类辅助存储器，如表6-1所示。