存储子系统

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存储系统的层次结构：

? 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。

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