25考研计算机组成原理复习·3.3主存储器与CPU的连接·3.4外部存储器
目录
主存储器与CPU的连接
存储芯片的基本结构
位扩展/字扩展
位扩展
字扩展
字位同时扩展
外部存储器
磁盘存储器
磁盘原理
磁盘设备的组成
性能指标
磁盘阵列RAID
固态硬盘
组成
👩💻 读写性能特性
与机械硬盘相比的特点
👩💻 磨损均衡技术
主存储器与CPU的连接
存储芯片的基本结构
- 译码驱动电路
- 存储矩阵
- 读写电路
- 地址线、数据线、片选线、读写控制线（RD‾,WE‾均为低电平有效）
位扩展/字扩展
位扩展
连接方式：各芯片的地址线、片选线和读/写控制线与系统总线相应并联；各芯片的数据线单独引出，分别连接系统数据线。各芯片同时工作。
字扩展
| 线选法 | 👩💻 译码片选法 |
|---|---|
| n条线 → n个选片信号 | n条线 → 2^个选片信号 |
| 电路简单 | 电路复杂 |
| 地址空间不连续 | 地址空间可连续 |
字位同时扩展
连接方式：将进行位拓展的芯片作为一组，各组的连接方式与位扩展的相同；由系统地址线高位译码产生若干片选信号，分别接到各组芯片的片选信号。
外部存储器
磁盘存储器
磁盘原理
磁盘设备的组成
- 存储区域：磁头（Heads）、柱面（Cylinders）、扇区（Sectors）
- 硬盘存储器：磁盘驱动器、磁盘控制器、盘片
性能指标
- 容量：
- 格式化：指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量。
- 非格式化：指磁记录表面可利用的磁化单元总数。
- 记录密度：
- 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数
- 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数
- 面密度：位密度和道密度的乘积
- 👩💻 平均存取时间：寻道时间 + 旋转延迟时间 + 传输时间
- 数据传输率：磁盘村暑期在单位i时间内向主机传送数据的字节数
磁盘地址：驱动器号 | 柱面（磁道）号 | 盘面号 | 扇区号
磁盘阵列RAID
- 思想：利用磁盘廉价的特点提高存储性能、可靠性和安全性
- RAID0：条带化，提高存取速度。没有容错能力
- RAID1：镜像磁盘互为备份
- RAID2-5：通过数据校验提高容错能力
固态硬盘
原理：基于闪存技术 Flash Memory，属于电可擦除ROM，即EEPROM
组成
- 闪存翻译层——负责翻译逻辑块号，找到对应页（Page）
- 存储介质：多个闪存芯片（Flash Chip）——每个芯片包含多个块（block）——每个块包含多个页（page）
👩💻 读写性能特性
- 以页（page）为单位读/写——相当于磁盘的“扇区”
- 以块（block）为单位“擦除”，擦干净的块，其中的每页都可以写一次，读无限次
- 支持随机访问，系统给定一个逻辑地址，闪存翻译层可通过电路迅速定位到对应的物理地址
- 读快、写慢。要写的页如果由数据，则不能写入，需要将块内其他页全部复制到一个新的（擦除过的）块中，再写入新的页
与机械硬盘相比的特点
- SSD读写速度快，随机访问性能高，用电路控制访问位置；机械硬盘通过移动磁臂旋转磁盘控制访问位置，有寻道时间和旋转延迟
- SSD安静无噪音、耐摔抗震、能耗低、造假更贵
- 👩💻 SSD的一个“块”被擦除次数过多（重复写同一个块）可能会坏掉，而机械硬盘的扇区不会因为写的次数太多而坏掉
👩💻 磨损均衡技术
- 思想：将“擦除”平均分布在各个块上，以提升使用寿命
- 动态磨损均衡——写入数据时，优先选择累计擦除次数少的新闪存块
- 静态磨损均衡——SSD监测并自动进行数据分配、迁移，让老旧的闪存块承担以读为主的存储任务，让较新的闪存块承担更多的写任务