计算机组成 - 存储系统
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正文
包括CPU内部的通用寄存器组、一级Cache、CPU外部的二级Cache、三级Cache、主板的主存储器、主板外的磁盘存储器以及脱机的磁带、光盘存储器等。
按存储信息介质分类:(1)半导体存储器(2)磁盘存储器(3)光盘
按用途分类:(1)主存储器(内存)(2)高速缓冲存储器(3)控制存储器(存放微程序,CPU内部)(4)外部存储器
按存取方式分类:(1)随机(RAM)(2)顺序(磁带)
按存放信息的易失性:(1)断电后,所存信息丢失(RAM)(2)断电后,所存信息不丢失(ROM)
按读写功能分类:(1)读写存储器(2)只读存储器
存储器的性能指标:(1)存储容量(2)存储器的速度:(存取时间、存取周期、存取带宽)(3)功耗(4)价格(5)可靠性(可维修部件的可靠性用平均故障间隔时间MTBF描述,不可维修的用平均故障前的时间MTTF)
只读存储器分为:(1)掩模型ROM(设计固定的半导体掩模版生产,批量生产、成本低)(2)可编程ROM(允许用户对其进行一次编程)(3)可擦可编程ROM
磁盘阵列RAID(Redundant Array of Inexpensive(或Independent)Disk)
(1)RAID0,无冗余无检验的磁盘阵列
要存储的数据被分成带条,带条可以是一个物理的数据块或一个扇区。将各数据带条分布记录在各个磁盘驱动器上,每个带条无检验、无冗余存储,不提供真正容错性。因为多个磁盘可同时读写,故读写速度在RAID中最快。
(2)RAID1,镜像磁盘阵列
数据同时以同样的方式写到两个磁盘上,两个磁盘互为镜像,由于磁盘冗余,硬件开销大,是RAID各级中最昂贵的。
(3)RAID2,并行汉明纠错阵列
位交叉汉明编码阵列,数据位不同,要注的汉明码的位数也不同,因此,磁盘台数由纠错码和数据位数决定。
当记录数据 的倍数增多时,使用的磁盘驱动器越多,检验在其中占的百分比会越低。
RAID2的可靠性高,可自动确定哪个磁盘已经失效,并进行数据恢复。但磁盘冗余太多,故RAID2很少使用。
(4)RAID3,奇偶检验并行位交错阵列
数据按位或字节交叉存于各磁盘的同时,计算奇偶检验码,并将奇偶检验码记在专门的检验磁盘上。
当某磁盘出现故障时,只要从累加和中减去正确的数据即可得到故障盘中的原有正确数据。
RAID3速度很快,适合较大数据量的存取,检验磁盘没有冗余,若检验磁盘失效,数据很难恢复。
(5)RAID4,奇偶检验扇区交错阵列
以扇区交错存储于各个磁盘的,而冗余信息存放在单独的奇偶检验盘的。
应当注意到,RAID3的数据的存取是同时进行的,一次读或写所有的磁盘;而RAID4中,一次只读或写一个扇区的数据。
(6)RAID5,循环奇偶检验阵列
与RAID4类似,但检验数据不固定在一个磁盘上,而是循环地依次分布在不同的磁盘上,也称为块间插入分布检验。
RAID5对大小数据量的读写都有很好的性能,它是目前采用最多,最流行的方式,至少需要3块磁盘。
(7)RAID6,二维奇偶检验
可以在两个磁盘出现故障的情况下仍能实现数据的重建
(8)RAID7
在RAID6的基础上增加了高速缓存,以提高数据传输率。
当不同大小的硬盘组合成raid时,容量的确定以最小的硬盘为准。
Cache与主存之间的映射
(1)全相联方式
地址映象规则:主存的任意一块可以映象到Cache中的任意一块。
- 主存与缓存分成相同大小的数据块。
- 主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块空间中。
(2)直接相联方式
地址映象规则: 主存储器中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。
- 主存与缓存分成相同大小的数据块。
- 主存容量应是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓存的容量分成区,主存中每一区的块数与缓存的总块数相等。
- 主存中某区的一块存入缓存时只能存入缓存中块号相同的位置。
(3)组相联应象模式
这种方法是前两种方式的折中,具体做法是将Cache中的块再分成组,例如,假定Cache有16块,再将每两块分成1组,则Cache就分成8组。主存同样分区,每区16块,再将每两块分成1组,则每区就分成8组。
那么组采用直接映射方式而块采用全相联映射方式。也就是说,主存任何区的0组只能存到Cahce的0组中,1组只能存到Cahce的1组中。依此类推。组内的块则采用全相联映射方式,即一组内的块可以任意存放。