chapter4 儲存器系統
1.儲存器概述
1) 儲存器的分類：
①按與cpu的連線和功能分類：主儲存器（主存、記憶體）、輔助儲存器（輔存、外存）、高速緩衝儲存器（cache）
①按訪問方式分類：隨機訪問儲存器(ram)、唯讀儲存器(rom)、順序訪問儲存器(sam)、直接訪問儲存器(dam)。
③按儲存介質分類：磁儲存器、半導體儲存器、光儲存器。
③按資訊的可儲存性分類：易失性儲存器、非易失性儲存器。
2) 主存的組成與操作
（1）組成：
（2）讀、寫操作
(3)概念術語：儲存元/儲存位、儲存單元、儲存體。
儲存元件（儲存元、儲存位）：儲存一位二進位制資訊的物理器件。儲存元是儲存器
中最小的儲存單位。
儲存單元：一組儲存元件/儲存位。每個儲存單元被賦予唯一的編號（儲存單元的位址），用於訪問該儲存單元。
儲存體（儲存陣列）：大量儲存單元。
(4)儲存器的主要效能指標:
①儲存容量:
②速度:訪問時間ta （讀寫時間、訪問時間）、訪問週期tm（儲存週期、讀寫週期 ）、頻寬bm （儲存器資料傳輸率、頻寬 ）。
3) 主存與cpu的連線：需要mar和mdr。
2.半導體儲存器的組成：
1) 半導體儲存器的分類
sram是靠觸發器電路儲存資訊的，所存的資訊表現為雙穩態電路的電平，所以不需要重新整理。
dram是靠電容儲存資訊的，所存資訊表現為電容上的電荷。由於電路中存在一定的漏電流，致使電容慢慢放電，導致所存資訊丟失。因此必須在電容放電到一定程度前，重新寫入資訊，這一過程稱為重新整理。
用rom組成控存。
2) 半導體儲存器的組織：乙個儲存器總是由一定數量的儲存器晶元構成。
組成乙個儲存器，需要考慮的問題：
① 如何選擇晶元；
② 所需的晶元數量；
③ 如何把許多晶元連線起來：在位數和單元數方面擴充套件，按擴充套件方向可分為：位擴充套件、字擴充套件、字和位同時擴充套件。
a. 位擴充套件（擴字長）——要求畫圖
【例】：用2114晶元（1k×4位）構成1k×8位的儲存器。
b. 字擴充套件（擴字數）——要求畫圖、寫出各晶元的位址範圍
【例】：用16k×8位的晶元構成64k×8位的儲存器，並寫出各晶元的位址範圍。
設儲存器從0000h開始連續編址，則四塊晶元的位址分配：
c. 字和位同時擴充套件——要求畫圖
【例】：用2114(1k×4位)晶元構成4k×8位的儲存器。
計算過程：
1 需要的晶元總數：
2 資料線：4——>8；所以8/4=2片為一組，共8/2=4組；所以需要4個選片位址（2:4解碼器）
3 位址線：10——>12；10根用來片內定址，2根用來選片定址。
4 各個晶元組的位址範圍：
3.輔助儲存器：
磁碟位址的表示：
【例】已知：磁碟組的磁碟片數（每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用）、內徑(cm)、外徑(cm)、道密度(道/cm)、內層位密度(位/cm)、轉速(轉/秒)、平均尋道時間（ms）。求：
(1)可用的儲存面數=碟片數×2 - 2 （個）
(2)柱面數=磁軌數=道密度×(外徑 - 內徑)/2 （個）
(3)每道儲存位元組(每條磁軌容量) = 內層位密度×內層周長 （位元組）
(4)盤組總儲存容量=每道儲存位元組×磁軌數×有效記錄面數 （位元組）
(5)資料傳輸率：
1 資料傳輸率== 轉速×每道儲存位元組 (位元組/秒)
2 資料傳輸率== 線速度×位密度 (位元組/秒)
(6)平均定址時間=平均磁軌定位時間+平均旋轉等待時間 （毫秒）
注意：平均磁軌定位時間固定為10ms，平均旋轉等待時間=磁碟旋轉半圈的時間。
(7)採用定長資料塊記錄格式，直接定址的最小單位是什麼?定址命令中如何表示磁碟位址?
採用定長資料塊格式，直接定址的最小單位是乙個扇區。
計算扇區個數=磁軌容量／每扇容量 （個）
磁碟位址：磁頭號 + 柱面號 + 扇區號
磁頭號：磁頭數=儲存面數，用二進位制數編碼；柱面號：柱面數，用二進位制數編碼；扇區號：扇區數，用二進位制數編碼。
(8)如果某檔案長度超過乙個磁軌的容量，應將它記錄在同乙個儲存面上，還是記錄在同乙個柱面上?
答：如果某檔案長度超過乙個磁軌的容量，應將它記錄在同一柱面上，因為不需要重新尋道，資料讀寫速度快。
4.高速緩衝儲存器：
1) 概念：命中、不命中、命中率
①cache命中(hit)：cpu欲訪問的資料已在cache中。（訪主存、訪cache）
②cache不命中(miss)：cpu欲訪問的資料不在cache內。（訪cache）
③命中率：cpu 欲訪問的資訊在 cache 中的比率。
2) 替換演算法：先進先出 （ fifo ）演算法、近期最少使用（ lru）演算法。
3) 讀操作：
4) 寫操作：
如果cache命中:寫直達法、寫回法。
如果cache不命中，就直接把資訊寫入主存，而與cache無關。
5) cache的效能分析
命中率：cpu 欲訪問的資訊在 cache 中的比率。
設nc為訪問cache的總命中次數，nm為訪問主存的總次數,則
cache 命中率為: h= nc/(nc+nm)
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