存储器3磁表面.pptx

1磁表面存储器的特点：磁表面存储器的特点：p记录信息可长期保存，属于非易失性存储记录信息可长期保存，属于非易失性存储器。器。p非破坏性读出，读出不影响所存信息。非破坏性读出，读出不影响所存信息。p记录介质可以重复使用。记录介质可以重复使用。p由于是连续记录，所以存取方式基本是顺由于是连续记录，所以存取方式基本是顺序存取方式，不能如序存取方式，不能如RAMRAM那样随机访问。那样随机访问。p由于是连续记录，需要比较复杂的寻址定由于是连续记录，需要比较复杂的寻址定位系统。位系统。p由于在相对运动中进行读写，可靠性低于由于在相对运动中进行读写，可靠性低于半导体存储器，需要比较复杂的校验技术。半导体存储器，需要比较复杂的校验技术。22.2.技术指标技术指标道密度：道密度：（1 1）记录密度）记录密度（2 2）存储容量）存储容量位密度：位密度：单位长度内的磁道数。单位长度内的磁道数。磁道上单位长度内的磁道上单位长度内的二进制代码数。二进制代码数。非格式化容量：非格式化容量：格式化容量：格式化容量：总位数总位数用位密度计算。用位密度计算。有效位数有效位数用扇区內的数据块用扇区內的数据块长度计算。长度计算。（3 3）速度指标）速度指标平均存取时间平均存取时间带：带：平均等待时间平均等待时间盘：盘：平均定位、平均旋转时间平均定位、平均旋转时间衡量查找速度衡量查找速度 msms数据传输率数据传输率衡量读衡量读/写速度写速度 b/sb/s、B/sB/s3磁记录方式磁记录方式1.1.不归零不归零-1-1制制写写0 0时，写入电流维持原方向不变；时，写入电流维持原方向不变；写写1 1时，写入电流方向翻转。时，写入电流方向翻转。2.2.调相制调相制u写写0 0，在位单元中间位置让写入电流负，在位单元中间位置让写入电流负跳变，由跳变，由+I+I-I-Iu写写1 1，在位单元中间位置让写入电流正，在位单元中间位置让写入电流正跳变，由跳变，由-I-I+4磁记录方式磁记录方式.调频制调频制u每个位单元起始处写入电流都改变一次方向，每个位单元起始处写入电流都改变一次方向，留下一个转变区，作为本位的同步信号留下一个转变区，作为本位的同步信号u在位单元中间记录数据信息。如果写入，则在位单元中间记录数据信息。如果写入，则位单元中间不变；如果写入，则写入电流在位单元中间不变；如果写入，则写入电流在位单元中间改变一次方向位单元中间改变一次方向.改进型调频制改进型调频制u写时，在位单元中间改变写入电流方向；写时，在位单元中间改变写入电流方向；u写入两个以上时，在它们的交界处改变写入写入两个以上时，在它们的交界处改变写入电流方向。电流方向。54.3.2 4.3.2 磁盘存储器磁盘存储器适用于调用较频繁的场合，常作为主存的直适用于调用较频繁的场合，常作为主存的直接后援。接后援。磁盘磁盘磁盘控制器磁盘控制器磁盘驱动器磁盘驱动器+接口接口磁盘适配器磁盘适配器盘片、磁头盘片、磁头定位系统、传动系统定位系统、传动系统1.1.组成组成（1 1）软盘信息分布与寻址信息）软盘信息分布与寻址信息1 1）信息分布）信息分布 盘片：盘片：单片，双面记录。单片，双面记录。磁道：磁道：盘片旋转一周，磁头的作用区域。盘片旋转一周，磁头的作用区域。扇区：扇区：磁道上长度相同的区段。磁道上长度相同的区段。存放数据块。存放数据块。各道容量相同各道容量相同,各道位密度不同各道位密度不同,内圈位密度最高。内圈位密度最高。6非格式化容量非格式化容量=内圈位密度内圈位密度内圈周长内圈周长道数道数/面面面数面数驱动器号、磁头号、磁道号、扇区号、扇区数驱动器号、磁头号、磁道号、扇区号、扇区数2 2）寻址信息）寻址信息盘组：盘组：多个盘片，双面记录。多个盘片，双面记录。各记录面上相同序号的磁道构成一圆柱各记录面上相同序号的磁道构成一圆柱面。面。圆柱面：圆柱面：扇区（定长记录格式）扇区（定长记录格式）格式化容量格式化容量=字节数字节数/扇区扇区扇区数扇区数/道道道数道数/面面面数面数（2 2）硬盘信息分布与寻址信息）硬盘信息分布与寻址信息1 1）信息分布）信息分布（柱面数（柱面数=道数道数/面）面）数据块数据块记录块（不定长记录格式），记录块（不定长记录格式），无扇区划分。无扇区划分。7驱动器号、圆柱面号、磁头号、扇区号（记驱动器号、圆柱面号、磁头号、扇区号（记录号）、交换量。录号）、交换量。2 2）寻址信息）寻址信息例：定长记录格式例：定长记录格式2.2.记录格式（磁道格式）记录格式（磁道格式）选择磁盘组选择磁盘组 选择盘面选择盘面 选择磁道选择磁道 选择起始扇区选择起始扇区 磁道时间磁道时间磁道磁道索引脉冲索引脉冲间隔间隔 扇区扇区1 1 扇区扇区2 2 扇区扇区n n 间隔间隔 扇区扇区i i 标志区：标志区：标志信息、标志信息、CRCCRC校验码校验码 数据区：数据区：标志信息、标志信息、CRCCRC、数据字段数据字段 3.3.磁盘基本操作磁盘基本操作寻址寻址操作操作寻道：寻道：磁头径向移动磁头径向移动 寻找扇区：寻找扇区：盘片旋转盘片旋转 读读/写写操作操作串行读串行读/写写 DMADMA方式传送方式传送 （1 1）（2 2）扇区数扇区数 8磁表面存储器的校验磁表面存储器的校验海明校验海明校验将将代代码码按按照照一一定定规规律律组组织织为为若若干干小小组组，分分组组进进行行奇奇偶偶校校验验，各各组组的的检检错错信信息息组组成成一一个个指指误误字字，不不仅仅能能检检测测是是否否出出错错，而而且且在在只只有有一一位位出出错错的的情情况况下下可可指指出出是是哪一位错，从而将该位自动的变反纠错。哪一位错，从而将该位自动的变反纠错。92.2.循环校验码循环校验码CRCCRC校验规则校验规则：让校验码能为某一约定：让校验码能为某一约定代码所除尽。如果除的尽，表明代代码所除尽。如果除的尽，表明代码正确；如果除不尽，余数将指明码正确；如果除不尽，余数将指明出错位所在位置。出错位所在位置。10光存储原理4.5.1光存储部件存储介质：存储介质：光盘片光盘片读读/写部件：写部件：光头光头（1 1）写入）写入 将需要写入的数据调制成记录码，形将需要写入的数据调制成记录码，形成相应的写入脉冲序列，送入光盘驱动器。成相应的写入脉冲序列，送入光盘驱动器。在驱动器中，写入脉冲经电流驱动电路变在驱动器中，写入脉冲经电流驱动电路变为电流信号，送入光头的半导体激光器。为电流信号，送入光头的半导体激光器。激光光速受写入数据代码的调制，转换为激光光速受写入数据代码的调制，转换为光斑的有无，来表示写入光斑的有无，来表示写入1/01/011光存储原理4.5.1光存储部件（2 2）读出）读出读读出出时时，激激光光器器加加较较低低的的直直流流电电压压，输输出出一一小小功功率率的的连连续续激激光光束束。其其功功率率约约为为写写入入时时的的10%10%，因因此此不不会会破破坏坏光光盘盘上上已已经经写写入入的的信信息息。读读出出光光束束也也经经透透镜镜、分分离离器器等等，聚聚焦焦为为光光斑斑，扫扫描描光光盘盘。反反射射光光分分离离后后，经经数数据据光光检检测测器器将将光光信信号号转转变变为为电电信信号号，即即读出信号，译码出数据代码。读出信号，译码出数据代码。124.5.24.5.2光存储原理光存储原理 光盘（高密度盘，光盘（高密度盘，Compact DiscCompact Disc，CDCD），采用聚焦的氢离子激光束处理记），采用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法来存储和再生信息，因而录介质的方法来存储和再生信息，因而又称激光光盘。又称激光光盘。CD CD光盘的最大容量约为光盘的最大容量约为700MB700MB，DVDDVD盘片单面盘片单面4.7GB4.7GB，最多能刻录约，最多能刻录约4.38GB4.38GB的数据。蓝光（的数据。蓝光（BDBD）光盘则比较大。）光盘则比较大。13光盘的记录原理光盘的记录原理（1 1）只读型光盘）只读型光盘（2 2）可改写型光盘）可改写型光盘（3 3）磁光型光盘）磁光型光盘144.6.1高速缓冲存储器高速缓冲存储器1.1.地址映像地址映像（1 1）直接映像）直接映像 每个主存页面只能复制到某一固定的每个主存页面只能复制到某一固定的CacheCache页面中。页面中。当访问主存时，给出的当访问主存时，给出的2020位主存地址，其位主存地址，其中由高中由高1111位给出主存页号，低位给出主存页号，低9 9位给出页内地位给出页内地址。址。为了实现与为了实现与CacheCache间的地址映像和变换，将间的地址映像和变换，将高高1111位进一步分为两部分：高位进一步分为两部分：高7 7位给出主存组位给出主存组号，低号，低4 4位为组内页号。位为组内页号。优点：硬件实现容易，成本很低优点：硬件实现容易，成本很低缺点：不够灵活，缺点：不够灵活，CacheCache块冲突概率很高块冲突概率很高15直接映像直接映像标记标记第第0 0页页标记标记第第1 1页页标记标记第第1515页页第第0 0页页第第1 1页页第第1515页页第第1616页页第第1717页页第第3131页页第第20322032页页第第20332033页页第第20472047页页7 7位位主存主存Cache0组组1组组127组组主存组号主存组号组内页号组内页号页内地址页内地址7位位4位位9位位主存页号主存页号转换得到转换得到CacheCache地址地址16（2 2）全相联映像）全相联映像主存的每一页可以映像到主存的每一页可以映像到CacheCache的任何一页。的任何一页。优点：页面冲突概率最低，优点：页面冲突概率最低，CacheCache空间录用空间录用率最高率最高缺点：硬件比较逻辑的成本增加；不能直接缺点：硬件比较逻辑的成本增加；不能直接从主存地址码中提取从主存地址码中提取CacheCache页号页号（3 3）组相联映像）组相联映像p分区分区分组分组分页分页p主存和主存和CacheCache组数、页数相同组数、页数相同p组间采用直接映像方式组间采用直接映像方式p组内采用全相联映像方式组内采用全相联映像方式17组相联映像组相联映像标记标记0 0页页标记标记1 1页页标记标记2 2页页标记标记3 3页页标记标记1212页页标记标记1313页页标记标记1414页页标记标记1515页页0 0页页1 1页页2 2页页3 3页页4 4页页5 5页页1212页页1313页页1414页页1515页页20472047页页位位主存主存Cache第第0组组第第1组组第第3组组127组组0区区127区区第第0组组第第3组组区号区号组号组号组内页号组内页号页内地址页内地址7位位2位位2位位9位位组号组号组内页号组内页号页内地址页内地址182.替换算法替换算法（1 1）先进先出算法（）先进先出算法（FIFOFIFO）按调入按调入CacheCache的先后顺序决定淘汰的顺序；的先后顺序决定淘汰的顺序；淘汰最先调入淘汰最先调入CacheCache的页面的页面易实现，系统开销较小易实现，系统开销较小（2 2）近期最少使用算法（）近期最少使用算法（LRULRU）建立建立LRULRU目录，并记录页面调用情况；目录，并记录页面调用情况；淘汰最近一段时间内最久没有被使用或使用淘汰最近一段时间内最久没有被使用或使用频率最低的页面频率最低的页面更合理，但系统开销较大更合理，但系统开销较大19Cache的读写过程的读写过程（1 1）读操作）读操作访存时，将主存地址送往主存，同时将主存访存时，将主存地址送往主存，同时将主存地址送地址送CacheCache，按所用映像方式从主存中提，按所用映像方式从主存中提取或经过转换得到目标取或经过转换得到目标CacheCache地址。从地址。从CacheCache也中读取内容，并将相应的也中读取内容，并将相应的CacheCache标记与主标记与主存地址中的主存页标记进行比较，如果二者存地址中的主存页标记进行比较，如果二者相同，则访问相同，则访问CacheCache命中，将读出数据送往命中，将读出数据送往访存源，不等主存的读操作结束，就可继续访存源，不等主存的读操作结束，就可继续下一次访存操作。下一次访存操作。如标记不符合，或按映像方式搜索完毕仍未如标记不符合，或按映像方式搜索完毕仍未找到相符的找到相符的CacheCache标记，表明本次访问标记，表明本次访问CacheCache失败，只能从主存中读取信息。失败，只能从主存中读取信息。20Cache的读写过程的读写过程（2 2）写操作）写操作标志交换方式标志交换方式先暂时只写入先暂时只写入CacheCache有关有关单元，并用标志予以注明，直到该页内容需单元，并用标志予以注明，直到该页内容需从从CacheCache中被替换出来时，才一次写入到主中被替换出来时，才一次写入到主存对应页面。存对应页面。写直达法写直达法每次写入每次写入CacheCache时也同时写入时也同时写入到对应的主存单元。到对应的主存单元。21虚拟存储器虚拟存储器VMVM容量大大超过可以直接访问容量大大超过可以直接访问的主存，用户可在这个大空间内自由编程，的主存，用户可在这个大空间内自由编程，不受主存容量限制，也不必考虑所编程序不受主存容量限制，也不必考虑所编程序将来在主存中的实际位置。将来在主存中的实际位置。可将主存和辅存地址空间统一编址，用户可将主存和辅存地址空间统一编址，用户使用使用虚地址虚地址编程。程序和数据在操作系统编程。程序和数据在操作系统管理下先送入辅存，然后自动将当前管理下先送入辅存，然后自动将当前急需运行的部分调入主存。随程序执行的急需运行的部分调入主存。随程序执行的需要，自动按一定替换算法进行调换，需要，自动按一定替换算法进行调换，将新的存储内容由辅存调入主存，将暂不将新的存储内容由辅存调入主存，将暂不运行部分由主存调入辅存运行部分由主存调入辅存22操作过程操作过程执行程序时，按程序提供的执行程序时，按程序提供的虚地址虚地址访问主存。访问主存。存储管理硬件判断该地址内容是否在主存存储管理硬件判断该地址内容是否在主存中。中。若已调入主存，则通过地址变换机制，将若已调入主存，则通过地址变换机制，将程序中的程序中的虚地址虚地址转换为主存的转换为主存的实地址实地址，据，据此访问主存的实际单元此访问主存的实际单元若未调入主存，则使用缺页中断程序，以若未调入主存，则使用缺页中断程序，以页为单位进行调入，以实现辅存和主存之页为单位进行调入，以实现辅存和主存之间的内容更换间的内容更换该过程对用户程序透明该过程对用户程序透明23页式虚拟存储器页式虚拟存储器将虚存空间与主存空间都划分将虚存空间与主存空间都划分为若干大小相同的页为若干大小相同的页虚存虚存虚页虚页主存主存实页实页虚地址：高位段为虚页号虚地址：高位段为虚页号 低位段为页内地址低位段为页内地址页表：提供虚实地址变换依据页表：提供虚实地址变换依据 登记有关页面的控制信息登记有关页面的控制信息24段式虚拟存储器段式虚拟存储器25。段页式虚拟存储器。段页式虚拟存储器段段页页式式虚虚拟拟存存储储器器是是段段式式虚虚拟拟存存储储器器和和页式虚拟存储器的结合。页式虚拟存储器的结合。它它把把程程序序按按逻逻辑辑单单位位分分段段以以后后，再再把把每每段分成固定大小的页。段分成固定大小的页。程程序序对对主主存存的的调调入入调调出出是是按按页页面面进进行行的的，但但它它又又可可以以按按段段实实现现共共享享和和保保护护，兼兼备备页式和段式的优点。页式和段式的优点。缺点是在映象过程中需要多次查表。缺点是在映象过程中需要多次查表。在在段段页页式式虚虚拟拟存存储储系系统统中中，每每道道程程序序是是通过一个段表和一组页表来进行定位的。通过一个段表和一组页表来进行定位的。26。段页式虚拟存储器。段页式虚拟存储器段表中的每个表目对应一个段，每个表段表中的每个表目对应一个段，每个表目有一个指向该段的页表起始地址及该目有一个指向该段的页表起始地址及该段的控制保护信息。由页表指明该段各段的控制保护信息。由页表指明该段各页在主存中的位置以及是否已装入、已页在主存中的位置以及是否已装入、已修改等状态信息。修改等状态信息。如果有多个用户在机器上运行，多道程如果有多个用户在机器上运行，多道程序的每一道需要一个基号序的每一道需要一个基号,由它指明该道由它指明该道程序的段表起始地址。程序的段表起始地址。虚拟地址格式如下：虚拟地址格式如下：基号基号 段号段号页号页号 页内地址页内地址27双端口存储器双端口存储器双双端端口口存存储储器器是是指指同同一一个个存存储储器器具具有有两两组组相相互互独独立立的的读读写写控控制制线线路路,是是一种高速工作的存储器。一种高速工作的存储器。它提供了两个相互独立的端口，即它提供了两个相互独立的端口，即左端口右端口。它们分别具有各自左端口右端口。它们分别具有各自的地址线、数据线和控制线，可以的地址线、数据线和控制线，可以对存储器中任何位置上的数据进行对存储器中任何位置上的数据进行独立的存取操作。独立的存取操作。28第四章复习提纲第四章复习提纲1.1.半导体存储器逻辑设计半导体存储器逻辑设计(地址分配、片选地址分配、片选逻辑、框图逻辑、框图)。3.3.磁盘信息分布、寻址信息、指标磁盘信息分布、寻址信息、指标(速度、速度、容量容量)。2.2.动态刷新动态刷新(定义、刷新方式定义、刷新方式)。4.4.基本概念如：随机存取、顺序存取、直接基本概念如：随机存取、顺序存取、直接存取、静态存取、静态M M的存储原理、动态的存储原理、动态M M的存储原理的存储原理等。等。29第四章作业第四章作业 设计一半导体存储器，其中设计一半导体存储器，其中ROMROM区区4KB4KB，选用，选用ROMROM芯片芯片（4K44K4位位/片片）；）；RAMRAM区区3KB3KB，选用选用RAMRAM芯片（芯片（2KB/2KB/片片和和 1K41K4位位/片片）。地址总线）。地址总线A15A15A0A0（低）（低）,双向数双向数据总线据总线D7D7D0D0（低），读（低），读/写信号线写信号线R/WR/W。1 1、给出芯片地址分配和片选逻辑；、给出芯片地址分配和片选逻辑；2 2、画出该、画出该M M逻辑框图（各芯片信号线的连接及逻辑框图（各芯片信号线的连接及片选逻辑电路）。片选逻辑电路）。