《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直接与交互的核心部件它是用于临时存储正CPU在运行的程序和数据，并允许快速访问信息CPU什么是内部存储器计算机系统的核心组件内部存储器是计算机系统中最重要的组成部分之一数据的临时存储空间用于存放当前正在运行的程序和数据直接访问数据可以直接访问内部存储器中的数据CPU内部存储器的特点容量小内部存储器的容量通常比外部存储器小，因为成本较高，但可以满足处理数据的需求CPU速度快内部存储器是直接与交互的存储器，速度极快，可以满足CPU CPU高速处理数据的需求内部存储器的分类主存储器辅助存储器

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2.12主存储器直接与CPU交互，是辅助存储器用于存放长期保存计算机系统最主要的存储器，的数据，例如硬盘、U盘、光用于存放当前正在执行的程序盘等，容量大，速度慢，价格和数据便宜缓存存储器

3.3缓存存储器介于主存储器和之间，用于存放经常访问的数据，CPU CPU速度快，容量小，价格昂贵主存储器主存储器概述内存条的形状内存条的功能主存储器，也称为内存，是计算机系统中用现代计算机通常使用插槽形式的内存条，每内存条负责存储和读取CPU访问的程序指于存储数据的核心组件它用于存放程序指个内存条包含多个存储芯片内存条是主存令和数据内存速度直接影响计算机的运行令、数据、中间结果以及系统操作所需信息储器的物理形式，可以方便地安装和更换效率，因此选择性能更高的内存条至关重要主存储器的工作原理的访问数据传输CPUCPU通过地址总线发送地址请求，获取数据或指令数据或指令通过数据总线传输到CPU或从CPU传输到主存储器123地址译码主存储器控制器根据地址，找到存储单元主存储器的种类静态随机存取存储器动态随机存取存储器SRAM DRAM速度快，价格贵，常用于速度慢，价格便宜，常用SRAM DRAM高速缓存于主内存闪存磁芯存储器Flash Memory闪存速度介于SRAM和DRAM磁芯存储器体积大，功耗高，速之间，价格便宜，常用于固态硬度慢，已经逐渐被淘汰盘和闪存盘USB只读存储器ROM定义特点应用只读存储器是一种非易失性存具有永久性、高可靠性和成本低广泛应用于各种电子设备中，例ROM ROM ROM储器，这意味着即使断电后，它也能保等特点，通常用于存放固定的程序或数如电脑、手机、电视机、洗衣机等它存数据ROM中的数据在制造过程中据，例如操作系统引导程序、BIOS信确保了设备的基本功能正常运行，并保被写入，并不能被用户修改息或设备驱动程序存了一些重要的配置信息的特点与作用ROM非易失性读出速度快固定的存储内容123的内容在断电后不会丢失即的数据读取速度比快能存储的内容在出厂后不能被修ROM,ROM RAM,ROM使关闭电源,数据也能保留够快速访问数据改,通常用来存储系统引导程序,操作系统内核等只读存储器的分类掩膜式可编程可擦除可编程电可擦除可编程ROM ROMROMROM在芯片制造过程中，数据被永用户可以一次性写入数据用户可以多次擦除并重新写入用户可以使用电信号进行擦除久写入数据和写入可编程只能写入一次，价ROM容量大，成本低，适合大批量格相对较低数据可以多次擦除，但速度慢速度快，成本高，适合小规模生产应用随机存取存储器RAM易于访问易失性中的每个存储单元都可以直接访问，无需断电后，存储在中的数据会丢失RAM RAM按顺序读取速度快容量大是可以直接访问的存储器，读取速度的容量通常比其他类型的存储器更大RAM CPURAM快的特点与作用RAM易失性是一种易失性存储器，当电源关闭时，RAM存储在其中的数据将会丢失，需要重新加载随机存取可以随机访问任何存储位置，无需按照顺序访问，RAM提高了数据访问速度，使计算机运行更加高效的分类RAM按功能划分按数据宽度划分RAM可以分为静态RAM SRAM根据一次可以读写的数据位数，和动态两种可以分为位、位、位、RAM DRAM RAM81632速度快，但价格高，一般用位等数据宽度越大，数据传输SRAM64于缓存存储器DRAM速度相对慢速度越快，但成本低，一般用于主存储器按工作方式划分按存储技术划分可以分为单通道和多通道两种还可以分为、RAMRAM SDRAM DDR多通道可以同时访问多个存、、RAMSDRAM DDR2SDRAMDDR3储器模块，可以提高数据传输速度SDRAM、DDR4SDRAM等这些类型的主要在工作频率和功RAM耗方面有所区别动态随机存取存储器DRAM工作原理DRAM使用电容存储数据，需要定期刷新以保持数据电容会逐渐放电，因此需要定期为其充电，以防止数据丢失刷新周期刷新周期是指DRAM芯片需要进行一次刷新操作的时间间隔刷新周期通常为几十毫秒到几百毫秒优势DRAM的成本较低，存储容量较大，适合用于主存储器缺点DRAM的速度相对较慢，功耗较高的工作原理DRAM刷新1定期对每个存储单元进行“充电”，以防止存储的电荷逐渐消失读操作2通过读取存储单元中电荷的电压，获取数据写操作3通过向存储单元写入电荷，完成数据写入地址译码4将逻辑地址转换为物理地址采用电容来存储数据，由于电容会逐渐放电，因此需要定期进行刷新操作DRAM“”静态随机存取存储器SRAM存储单元1由晶体管和电容组成，每个单元保存一位信息读写速度2读写速度比DRAM快，访问时间更短功耗3功耗高于DRAM，但性能更佳成本4成本高于DRAM，容量较小SRAM是静态随机存取存储器，通过晶体管保持数据，因此不会像DRAM一样随着时间的推移而丢失数据SRAM拥有更快的读写速度、更高的可靠性、更低的延迟，但成本更高，容量更小的工作原理SRAM静态存储高成本SRAM使用锁存器来存储数据，锁存器保持稳定状态直到数据被修改SRAM的构建成本高于DRAM，因为它需要更多的晶体管123高速访问SRAM具有较快的访问速度，因为它不需要刷新数据缓存存储器容量小价格高提高系统性能缓存存储器的容量远小于主存缓存存储器的价格比主存储器缓存存储器通过减少CPU访问储器，通常只有几兆字节或几更高，成本较高主存储器的次数来提高系统性十兆字节能速度快缓存存储器速度比主存储器更快，通常由组成SRAM缓存存储器的作用与特点加快数据访问速度减少对主存储器的访问次数12缓存存储器比主存储器速度更快，可以缓存存储器存储了最近使用过的数据，更快速地提供数据避免频繁访问主存储器，提高系统效率提高系统性能降低系统成本34缓存存储器通过减少数据访问延迟，提缓存存储器比主存储器价格更低，可以高应用程序的运行速度和响应能力有效降低系统成本缓存存储器的工作原理请求数据1需要数据时，首先会查看缓存CPU缓存命中2如果数据在缓存中，直接读取缓存未命中3如果数据不在缓存中，则从主存储器读取更新缓存4读取后的数据被复制到缓存中缓存存储器的工作原理类似于我们生活中的缓存例如，当你打开一个网页时，浏览器会将网页内容存储在缓存中，以便下次你访问该网页时能“”够更快地加载主存储器和缓存存储器的关系缓存存储器速度更快，用于存储CPU最常缓存存储器是主存储器的子集，用于提高数缓存存储器作为CPU和主存储器之间的桥访问的数据据访问速度梁，提高了数据访问效率多级缓存存储器层级结构数据访问路径数据复制多级缓存存储器采用层级结构，每一级缓存CPU访问数据时，先访问最快的L1缓存，当数据被访问时，会复制到更高级别的缓存都比上一级容量更小、速度更快若未命中则访问L2缓存，再未命中则访问中，以便下次访问可以更快地获取数据缓存，最后才访问主存储器L3虚拟内存扩大存储空间提高内存利用率

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2.12虚拟内存可以利用硬盘空间来将不经常使用的程序或数据移扩展内存容量，从而使计算机至硬盘空间，释放内存空间给能够运行更大、更复杂的程序更需要访问的程序，提高内存效率支持多任务处理

3.3多个程序可以共享虚拟内存，从而允许计算机同时运行多个应用程序，提高系统效率虚拟内存的工作原理地址映射虚拟内存将逻辑地址转换为物理地址，操作系统管理虚拟内存到物理内存的映射关系，并将地址空间划分为页面页面置换当程序需要访问的页面不在内存中时，操作系统会将该页面从硬盘调入内存，并将内存中其他页面换出到硬盘上，这一过程称为页面置换分页机制操作系统将程序代码和数据分成固定大小的页面，然后将这些页面加载到内存中，并建立虚拟地址到物理地址的映射关系内存分配操作系统负责分配虚拟内存空间给应用程序，并跟踪内存的使用情况，防止内存溢出和冲突虚拟内存的优点扩充内存容量支持多任务处理虚拟内存允许程序使用超出物理内存的地虚拟内存可以为多个程序提供独立的地址址空间，从而有效地扩大了可用内存容量空间，使得多个程序可以同时运行而不相互干扰，提高系统效率内部存储器的性能指标内部存储器的性能指标是衡量存储器性能的关键参数，反映了存储器速度、容量、成本等方面的特性100ns16GB访问时间容量指从发出访问指令到数据被访问完成所需指存储器所能存储的最大数据量，通常以要的时间字节（B）为单位100MHz$10带宽成本指存储器在单位时间内所能传输的数据量指存储器每单位容量的成本，通常以元，通常以兆字节每秒（）为单位为单位MB/s/GB内部存储器的性能评价访问速度存储容量读取数据所需时间，反映内存的快慢存储器所能容纳的最大信息量，用字节或字来表示成本功耗单位存储容量的成本，反映内存的性价比运行时消耗的能量，反映内存的节能性存储技术的发展趋势容量不断提升速度不断提升存储器容量不断提升，从最初的存储器读写速度不断提升，可以KB发展到现在的TB，甚至PB满足高速计算的需求，提高数据级，能够存储海量数据处理效率能耗不断降低成本不断降低存储器功耗不断降低，更节能环存储器成本不断降低，使数据存保，有利于降低数据中心的运营储更加经济实惠，推动数据存储成本应用的发展本课程小结本课程深入探讨了内部存储器的概念、分类、特点、工作原理和发展趋势通过学习，您将掌握对计算机系统中重要组成部分之一的内部存储器的理解。