存储子系统

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。

转载于:https://www.cnblogs.com/ST-2017/p/8470751.html

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