1 存储器基本概念 #
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id1[存储器基本概念]
id1-1[存储器的定义与作用]
id1-2[存储器在计算机系统中的地位]
id1-3[存储器的基本功能:存储程序和数据]
id1-4[存储器对计算机性能的影响]
id1-5[存储器的分类]
id1-6[按存储介质分类:半导体存储器、磁存储器、光存储器]
id1-7[按存取方式分类:随机存取存储器、顺序存取存储器、直接存取存储器]
id1-8[按信息易失性分类:易失性存储器、非易失性存储器]
id1-9[按在计算机中的作用分类:主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器]
id1-10[存储器的主要性能指标]
id1-11[存储容量:位、字节、字、存储单元的概念]
id1-12[存取时间:读/写操作的时间延迟]
id1-13[存储周期:连续两次存取操作的最小时间间隔]
id1-14[带宽:单位时间内传输的数据量]
id1-15[可靠性:平均无故障时间、错误检测与纠正]
存储器的定义与作用
存储器在计算机系统中的地位
存储器的基本功能:存储程序和数据
存储器对计算机性能的影响
存储器的分类
按存储介质分类:半导体存储器、磁存储器、光存储器
按存取方式分类:随机存取存储器、顺序存取存储器、直接存取存储器
按信息易失性分类:易失性存储器、非易失性存储器
按在计算机中的作用分类:主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器
存储器的主要性能指标
存储容量:位、字节、字、存储单元的概念
存取时间:读/写操作的时间延迟
存储周期:连续两次存取操作的最小时间间隔
带宽:单位时间内传输的数据量
可靠性:平均无故障时间、错误检测与纠正
2 存储器层次结构 #
层次结构原理
局部性原理:时间局部性和空间局部性
成本与性能的权衡
多级存储系统的组成
各级存储器特点
寄存器:CPU内部、速度最快、容量最小
高速缓存:SRAM技术、解决CPU与主存速度不匹配
主存储器:DRAM技术、存放当前运行的程序和数据
辅助存储器:磁盘、光盘、固态硬盘,非易失性大容量存储
数据在层次结构中的流动
缓存命中与未命中
替换算法:LRU、FIFO、随机替换
写策略:写直达、写回
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id2[存储器层次结构]
id2-1[层次结构原理]
id2-2[局部性原理:时间局部性和空间局部性]
id2-3[成本与性能的权衡]
id2-4[多级存储系统的组成]
id2-5[各级存储器特点]
id2-6[寄存器:CPU内部、速度最快、容量最小]
id2-7[高速缓存:SRAM技术、解决CPU与主存速度不匹配]
id2-8[主存储器:DRAM技术、存放当前运行的程序和数据]
id2-9[辅助存储器:磁盘、光盘、固态硬盘,非易失性大容量存储]
id2-10[数据在层次结构中的流动]
id2-11[缓存命中与未命中]
id2-12[替换算法:LRU、FIFO、随机替换]
id2-13[写策略:写直达、写回]
3 主存储器系统 #
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id3[主存储器系统]
id3-1[主存储器组成]
id3-2[存储体:存储单元阵列]
id3-3[地址寄存器与地址译码器]
id3-4[数据寄存器与读写电路]
id3-5[控制逻辑与时序电路]
id3-6[半导体存储芯片]
id3-7[RAM芯片:SRAM与DRAM的比较]
id3-8[ROM芯片:掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory]
id3-9[存储芯片的外部特性:引脚功能、读写时序]
id3-10[主存储器与CPU的连接]
id3-11[地址线的连接与地址分配]
id3-12[数据线的连接与数据宽度扩展]
id3-13[控制信号的连接:读/写控制、片选信号]
id3-14[存储器容量扩展:字扩展、位扩展、字位同时扩展]
主存储器组成
存储体:存储单元阵列
地址寄存器与地址译码器
数据寄存器与读写电路
控制逻辑与时序电路
半导体存储芯片
RAM芯片:SRAM与DRAM的比较
ROM芯片:掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory
存储芯片的外部特性:引脚功能、读写时序
主存储器与CPU的连接
地址线的连接与地址分配
数据线的连接与数据宽度扩展
控制信号的连接:读/写控制、片选信号
存储器容量扩展:字扩展、位扩展、字位同时扩展
4 高速缓冲存储器 #
缓存基本原理
缓存的工作机制
缓存命中率与平均访问时间
缓存容量的选择
地址映射方式
直接映射:简单但冲突率高
全相联映射:灵活但硬件复杂
组相联映射:折中方案,常用2路、4路组相联
缓存一致性
多处理器系统中的缓存一致性问题
写无效与写更新协议
MESI协议及其状态转换
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id4[高速缓冲存储器]
id4-1[缓存基本原理]
id4-2[缓存的工作机制]
id4-3[缓存命中率与平均访问时间]
id4-4[缓存容量的选择]
id4-5[地址映射方式]
id4-6[直接映射:简单但冲突率高]
id4-7[全相联映射:灵活但硬件复杂]
id4-8[组相联映射:折中方案,常用2路、4路组相联]
id4-9[缓存一致性]
id4-10[多处理器系统中的缓存一致性问题]
id4-11[写无效与写更新协议]
id4-12[MESI协议及其状态转换]
5 辅助存储器 #
mindmap
id5[辅助存储器]
id5-1[磁存储器]
id5-2[硬盘结构:盘片、磁头、磁道、扇区]
id5-3[硬盘性能参数:转速、平均寻道时间、数据传输率]
id5-4[RAID技术:各级RAID的特点与应用]
id5-5[光存储器]
id5-6[CD-ROM、DVD、蓝光光盘的原理]
id5-7[只读、可记录、可重写光盘的区别]
id5-8[光存储器的应用领域]
id5-9[固态存储器]
id5-10[Flash Memory工作原理:NOR Flash与NAND Flash]
id5-11[固态硬盘的组成与接口:SATA、NVMe]
id5-12[固态存储器的优势与挑战:速度、耐用性、价格]
磁存储器
硬盘结构:盘片、磁头、磁道、扇区
硬盘性能参数:转速、平均寻道时间、数据传输率
RAID技术:各级RAID的特点与应用
光存储器
CD-ROM、DVD、蓝光光盘的原理
只读、可记录、可重写光盘的区别
光存储器的应用领域
固态存储器
Flash Memory工作原理:NOR Flash与NAND Flash
固态硬盘的组成与接口:SATA、NVMe
固态存储器的优势与挑战:速度、耐用性、价格
6 虚拟存储器 #
虚拟存储概念
虚拟地址与物理地址
页式管理、段式管理、段页式管理
虚拟存储器的好处:扩大地址空间、内存保护、程序共享
地址变换机制
页表结构与快表
多级页表与反置页表
缺页中断处理过程
页面替换算法
最优替换算法
先进先出算法
最近最少使用算法
时钟算法与改进时钟算法
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id6[虚拟存储器]
id6-1[虚拟存储概念]
id6-2[虚拟地址与物理地址]
id6-3[页式管理、段式管理、段页式管理]
id6-4[虚拟存储器的好处:扩大地址空间、内存保护、程序共享]
id6-5[地址变换机制]
id6-6[页表结构与快表]
id6-7[多级页表与反置页表]
id6-8[缺页中断处理过程]
id6-9[页面替换算法]
id6-10[最优替换算法]
id6-11[先进先出算法]
id6-12[最近最少使用算法]
id6-13[时钟算法与改进时钟算法]
7 存储器新技术与发展趋势 #
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id7[存储器新技术与发展趋势]
id7-1[新型存储技术]
id7-2[相变存储器]
id7-3[磁阻存储器]
id7-4[阻变存储器]
id7-5[铁电存储器]
id7-6[存储器架构创新]
id7-7[D堆叠技术]
id7-8[存内计算]
id7-9[近内存计算]
id7-10[存储类内存]
id7-11[未来发展趋势]
id7-12[存储器性能与容量的持续提升]
id7-13[新型非易失性存储器的商业化]
id7-14[存储器与计算融合的架构演进]
id7-15[量子存储技术的探索]