5.1 存储技术

随机访问存储器

随机访问存储器分为静态的与动态的。

静态SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储器单元里，每个单元用一个六晶体管电路来实现。这个电路有这样一个属性，它可以无限期地保持在两个不同的电压配置(configuration)或状态(state)之一。其他任何状态都是不稳定的——从不稳定状态开始，电路会迅速地转移到两个稳定状态中的一个。

由于SRAM存储器单元的双稳态特性，只要有电，它就会永远地保持它的值。即使有干扰(例如电子噪音)来扰乱电压，当干扰消除时，电路就会恢复到稳定值。

 动态RAM将每个位存储为对一个电容的充电，与SRAM不同，DRAM对干扰非常敏感，当电容的电压被扰乱后，它就永远不会恢复了。

 内存模块，DRAM封装在内存模块中DRAM芯片封装在内存模块(memory module)中，它插到主板的扩展槽上。Core i7系统使用的240个引脚的双列直插内存模块(Dual Inline Memory Module, DIMM)，它以64位为块传送数据到内存控制器和从内存控制器传出数据。示例模块用8个64 Mbit的8 M×8的DRAM芯片，总共存储64MB(兆字节)，这8个芯片编号为0～7。每个超单元存储主存的一个字节，而用相应超单元地址为(i，j)的8个超单元来表示主存中字节地址A处的64位字。DRAM0存储第一个(低位)字节，DRAM1存储下一个字节，依此类推。

要取出内存地址A处的一个字，内存控制器将A转换成一个超单元地址(i，j)，并将它发送到内存模块，然后内存模块再将i和j广播到每个DRAM。作为响应，每个DRAM输出它的(i，j)超单元的8位内容。模块中的电路收集这些输出，并把它们合并成一个64位字，再返回给内存控制器。通过将多个内存模块连接到内存控制器，能够聚合成主存。在这种情况中，当控制器收到一个地址A时，控制器选择包含A的模块k，将A转换成它的(i，j)的形式，并将(i，j)发送到模块k。

 访问主存：数据流通过称为总线(bus)的共享电子电路在处理器和DRAM主存之间来来回回。每次CPU和主存之间的数据传送都是通过一系列步骤来完成的，这些步骤称为总线事务(bus transaction)。读事务(read transaction)从主存传送数据到CPU。写事务(write trans-action)从CPU传送数据到主存。总线是一组并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。取决于总线的设计，数据和地址信号可以共享同一组导线，也可以使用不同的。同时，两个以上的设备也能共享同一总线。

每当CPU要传送数据到主存时，总线接口先在总线上发起读事务，首先CPU将地址放到系统总线上，IO桥将信号传递到内存总线，然后主存感受到内存总线上的地址信号，从内存总线读地址，从RAM取出数据字写到内存总线，然后IO桥翻译成系统总线信号，最后CPU感受到系统总线上的数据，从总线读数据，并将数据复制到寄存器。

磁盘存储

磁盘构造

碰盘是由盘片(plater)构成的。每个盘片有两面或者称为表面(surface)，表面覆盖着融性记录材料。盘片中央有一个可以旋转的主轴(spindle)，它使得盘片以固定的旋转速率(rotational rate)旋转，通常是5400～15 000转每分钟(Revolution Per Minute, RPM)。磁盘通常包含一个或多个这样的盘片，并封装在一个密封的容器内。

磁盘操作

磁盘用读/写头(read/write head)来读写存储在磁性表面的位，而读写头连接到一个传动臂(actuator arm)一端。通过沿着半径轴前后移动这个传动臂，驱动器可以将读/写头定位在盘面上的任何磁道上。这样的机械运动称为寻道(seek)。一旦读/写头定位到了期望的磁道上，那么当磁道上的每个位通过它的下面时，读/写头可以感知到这个位的值(读该位)，也可以修改这个位的值(写该位)。有多个盘片的磁盘针对每个盘面都有一个独立的读/写头。读/写头垂直排列，一致行动。在任何时刻，所有的读/写头都位于同一个柱面上。

对扇区的访问时间主要由寻道时间，旋转时间，和传送时间。

 磁盘控制器

磁盘封装中有一个小的硬件设备，称为磁盘控制器，维护着逻辑块号和实际物理扇区之间的映射关系。当操作系统想要执行一个I/O操作时，例如读一个磁盘扇区的数据到主存，操作系统会发送一个命令到磁盘控制器，让它读某个逻辑块号。控制器上的固件执行一个快速表查找，将一个逻辑块号翻译成一个(盘面，磁道，扇区)的三元组，这个三元组唯一地标识了对应的物理扇区。控制器上的硬件会解释这个三元组，将读/写头移动到适当的柱面，等待扇区移动到读/写头下，将读/写头感知到的位放到控制器上的一个小缓冲区中，然后将它们复制到主存中。

访问磁盘

固态硬盘