《内部存储器》课件2

内部存储器内部存储器是计算机系统中最基本和最重要的存储器之一它为CPU提供数据和指令，是程序运行的主要场所了解内部存储器的特性和工作原理对于掌握计算机体系结构至关重要内容大纲课程概述主要内容教学目标本课程将全面探讨内部存储器的定义、特•内部存储器概述通过本课程的学习,学生将全面掌握内部存点和分类,为后续的深入讨论奠定基础储器的基础知识,并对未来存储技术的发展•主存储器有深入的认知•辅助存储器•存储器性能指标•存储器层次结构•存储器发展趋势•总结与展望内部存储器概述内部存储器是计算机系统中最基本和最重要的存储单元,它直接为CPU服务,为程序和数据的读取和存储提供支持本节将详细介绍内部存储器的定义、特点以及分类内部存储器的定义内部存储器是计算机系统中用于存储程序指令和数据的重要部件它直接与CPU连接,提供快速的读写存取内部存储器通常集成在单个集成电路芯片中,采用半导体技术制造,具有低成本和小体积的特点内部存储器可以随机访问任意存储单元,支持快速的数据传输和存取这是其与外部辅助存储器的主要区别内部存储器的特点高速访问容量有限12内部存储器能够以极快的速度内部存储器受物理空间的限制,直接访问所需的数据,满足计算存储容量较小,无法承载海量数机系统的实时处理需求据易失性价格昂贵34大多数内部存储器设备在断电内部存储器制造工艺复杂,单位后会丢失存储的数据,需要外部容量价格较高,限制了其应用范存储器保存重要信息围内部存储器的分类随机存取存储器只读存储器静态随机存取存储器动态随机存取存储器RAM ROMSRAMDRAMRAM是一种可读写的内部存储ROM是一种只能读取不能修改器,可以快速访问和修改存储的的内部存储器,用于存储系统启SRAM是一种基于逻辑门电路的DRAM是一种基于电容存储的数据,是计算机主要的工作存储动和基本输入输出程序RAM,不需要定期刷新即可保持RAM,需要定期刷新以保持数据,器数据,访问速度快但成本较高访问速度稍慢但成本更低主存储器主存储器是计算机系统中最基本和最关键的部分之一它用于临时存储程序指令和数据,为中央处理器提供快速访问主存储器包括随机存取存储器RAM和只读存储器ROM等多种类型随机存取存储器RAM高速读写易失性存储RAM可以快速读取和写入数据,支断电后RAM中的数据会丢失,需要持随机访问,适用于需要频繁读写持续供电才能保持数据的场景容量限制RAM通常容量较小,不适合存储大量数据,更适合作为系统的主要工作内存只读存储器ROM内容固化快速访问安全性强ROM中的数据在制造过程中就已经固ROM具有快速的读取速度,能够在系统由于内容不可更改,ROM具有很强的安化,无法被用户修改,主要用于存储系统启动时快速加载基础程序全性,可靠性高,适用于关键系统软件的的基本软件程序储存和SRAM DRAMSRAM静态随机存取存储器（SRAM）利用触发器电路实现,具有快速读写速度和简单的控制逻辑,广泛应用于缓存和专用存储器DRAM动态随机存取存储器（DRAM）使用电容存储数据,需要定期刷新以保持数据,存储密度高但速度稍慢,常用于主存储器性能对比SRAM读写速度快,功耗低,但存储密度较低;DRAM存储密度高,但读写速度较慢,需要额外的刷新电路辅助存储器除了主存储器外,计算机系统还需要大容量的辅助存储器来满足存储需求这些辅助存储器包括磁盘、光盘和固态硬盘等,具有高存储容量和可靠性的特点磁盘磁性存储多种形式12磁盘使用磁性材料在表面存储常见有硬盘、软盘等形式,能满数据,能够提供大容量、低成本足不同存储需求的数据存储机械驱动广泛应用34磁盘通过旋转的机械装置读写磁盘广泛应用于个人电脑、服数据,速度虽不及固态硬盘但成务器等领域,是重要的辅助存储本更低设备光盘可读写性存储容量可靠性兼容性光盘包括可读写的CD-RW和不同种类的光盘具有不同的存光盘具有良好的抗震性和耐用光驱设备能够兼容不同类型的DVD-RW,以及只读的CD-ROM储容量,从几百MB到几十GB不性,能够在适当的环境下保存光盘,方便用户在存储和读取和DVD-ROM它们可以用于等这为用户提供了灵活的选数据长达数十年这为重要数数据时的使用存储大量数据和多媒体内容择据的长期保存提供了保障固态硬盘高性能耐用性强更节能环保固态硬盘采用闪存芯片技术,具有更快的读固态硬盘没有机械运动部件,相比传统机械固态硬盘功耗低,发热量小,环保节能,同时也写速度和更低的延迟,能为用户带来流畅的硬盘更加耐用,抗震性和抗跌落能力更强降低了系统的整体功耗使用体验存储器的性能指标存储器的性能指标是衡量其性能优劣的关键因素主要包括存取时间、存储容量和带宽三个方面这些指标直接影响着数据存储和处理的效率对于不同应用场景,合理平衡这些指标非常重要存取时间响应速度关键指标工艺改进123存取时间决定了存储器访问的快慢,存取时间包括读取时间和写入时间,随着工艺的不断进步,存储器的存取影响整个系统的运行效率是评估存储器性能的关键指标之一时间不断缩短,从而提高系统性能存储容量海量存储需求不断增加随着技术的不断进步,现代存储设随着数字化时代的来临,数据量呈备的容量已达到了惊人的水平,可指数级增长高容量存储设备已以存储海量的数据这极大地提成为必需品,满足了用户不断增长升了计算机系统的存储能力的存储需求质量和可靠性除了容量,存储设备的质量和可靠性也变得非常重要高品质的存储设备能更好地保护和管理海量数据带宽数据传输速率性能指标影响因素带宽指单位时间内网络或存储设备所能传输带宽是衡量存储和网络性能的重要指标，影带宽受到硬件性能、传输距离、网络拓扑结的最大数据量，反映了数据传输的速率响着系统的响应速度和处理能力构等多方面因素的影响存储器层次结构存储器层次结构是计算机系统中重要的组成部分,包括各类内存和外存设备,通过合理的设计可以提高整体性能高速缓存存取速度快存储容量有限利用时间局部性多级缓存结构高速缓存位于CPU和主存之间,由于成本和集成度的限制,高高速缓存利用程序访问数据的现代处理器通常采用多级缓存可以提供比主存更快的数据访速缓存的存储容量往往较小,时间局部性原理,缓存被频繁结构,将更大容量的二级或三问速度,从而提高整个系统的只能缓存部分数据和指令访问的数据块以提高命中率级缓存添加到一级缓存之后性能虚拟内存虚拟内存概述页面调度机制性能优化虚拟内存是一种将磁盘空间作为扩展主存的虚拟内存通过页面调度管理磁盘和主存之间良好的页面置换算法和内存管理策略可以最技术,允许程序访问超出物理内存限制的地的数据传输,提高了内存利用率和系统性能大化虚拟内存的性能,减少页面错误率和读址空间写延迟存储器的发展趋势随着技术的不断进步,存储器正朝着更高的容量、更快的速度和更低的功耗方向发展非易失性存储技术、三维存储技术以及存储器与处理器的融合是未来存储器发展的主要方向非易失性存储技术闪存相变存储器磁性存储器碳纳米管存储器NANDNAND闪存是一种非易失性存相变存储器利用相变材料的晶磁性存储器利用磁性材料的磁碳纳米管存储器采用碳纳米管储技术,它可以长期存储数据,态和非晶态状态的电阻差异来化状态来存储数据相比传统作为存储介质,可以实现非易即使断电也不会丢失其主要存储数据与传统存储器相比存储器,它具有更高的存储密失性存储其存储密度高、功特点是读取和写入速度快,寿,它具有更快的读写速度、更度、更快的读写速度和更低的耗低、读写速度快,是未来存命长,体积小广泛应用于移高的存储密度和更低的功耗功耗广泛应用于硬盘等大容储技术的一个重要方向动设备、SSD等领域是未来存储技术的重要发展方量存储设备向之一三维存储技术三维堆叠三维存储单元分子存储通过将多个存储层垂直堆叠来提高存储密度使用各种新型材料和工艺来开发更小更高密利用单个分子作为存储点来实现极高密度的和容量度的存储单元存储存储器与处理器的融合协同优化内存计算异构架构通过存储器和处理器的深度融合,实现在存储器中执行部分计算任务,减轻CPU采用异构集成的存储器和处理器,发挥硬件和软件的协同优化,提高整体系统负荷,降低数据传输功耗各自的优势,满足不同应用需求性能总结与展望内部存储器技术不断发展,为计算机系统带来了巨大变革未来存储器将向着更高容量、更低成本、更高速度的方向发展,并与处理器进一步融合,实现更智能的计算系统展望未来,存储技术创新将持续推动信息技术的进步。