概述
本次笔记内容:
P47 计算机组成原理(47)
P48 计算机组成原理(48)
我的计组笔记汇总:计算机组原理成笔记
本节课幻灯片:无
本节课在 2019 年系列中,被替换成了“MIPS异常处理”。而在 2013 年中,是光盘。尽管光盘可能已经被淘汰,但还是学习一下。
课前,老师讲了结课的安排:
期末考试:
时间:2014年1月13日上午
地点:三教2102 2302
大实验检查截止时间:
12月13日 5:00px
大实验展示及答辩:
12月30日 1:30~3:05pm
32位小组另行安排
后续课程安排:
1月2日课改答疑
12月26日课程总结和复习
内容概要
CD-ROM
CD-R
CD-RW
DVD
存储技术的发展
本单元小结
复习
层次存储器
Register
Cache
Main Memory
Hard Disk
还缺点东西,比如计算机与计算机之前的传递介质?
因此,提出 Floopy-Disk / CD-ROM / FLASH。
只读光盘(CD-ROM)
1980年,飞利浦和索尼一起推出了光盘(CD, Compact Disc),并很快取代了每分钟33 1/3转的乙烯基唱片。CD的详尽技术细节以正式的国际标准(IS10149)公布,并因为封面的颜色被通称为红皮书。
数字化存储
只读
光盘的存储原理
光电转换
入射光和反射光叠加
物理变化
在涂有玻璃表层的主盘上,用高能红外激光束烧出 0.8 毫米直径小孔制成
往膜子上注入融化的多种碳酸盐脂
在碳酸盐脂上沉淀一薄层的反射铝,再覆盖上一层起保护作用的表层。
凹区
碳酸盐脂底基的凹陷部分叫做凹区
凸区
凹区两边未经过烧纸的部分叫做凸区
光盘的读出原理
用低能量激光二极管照射
从凹区反射的激光的强度为从凸区反射光的强度的一半
感知反射光的强弱,可区分凸区和凹区
编码方式:见1就翻转的不归0制
直接访问方式。
CD-ROM的存储标准
如上,对操作系统来说,光盘也是一个“盘”。
CD-ROM存储格式
先是找到一个大致的位置,再去根据引导内容详细读,因此要比读硬盘慢一些。
CD-ROM的文件标准
如上,在国际标准(ISO 9600)中,CD-ROM有 3 个层次。
CD-R
该光盘可以写。
CD-R 存储原理
类似胶片的原理,让光盘制造出后,也可决定是否哪里反光(来实现写)。
其结构如上。
CD-R的增量刻盘
一次刻在CDR上的几个连续扇区被称为CD-ROM道。
每个CD-ROM道构成一个单独的目录卷表VTOC,其中所列的文件可能包括其前面各道中的部分或所有文件。
CD-R放入光驱后,操作系统搜寻所有CD-ROM道,并定位到最近使用的VTOC,它给出了CD-R的当前状态。
CD-R防盗版
将CD-ROM上所有文件的长度写成好几个GB,这样,用标准的读盘软件将无法将文件拷到硬盘中,而文件的实际长度在出版商提供的专用读盘软件中,或隐藏(可能还是加密后)在CD-ROM的某个意想不到的地方。
在选定的几个扇区中有意写入一些错误的ECC码,预计一般的CD复制软件将会自动“修复”这些错误,但光盘的应用软件却自己对这些ECC码进行检查,如果它们正确的话就停止执行。
CD-RW
CD-RW 是一种可以多次读写的光盘。
“用关的能量让其可逆。用金属。”
CD-RW存储原理
用银、铟、锑和碲组成的合金做记录层。这种合金有两个稳定态:晶态和非晶态,两个状态有不同的反射特性。
CD-RW的驱动器使用三种不同能量的激光。在高能激光照射下,合金熔化并从高反射性的晶态转化为低反射性的非晶态,表示凹区。在能量中等的激光束照射下,合金熔化并重新转化为本来的晶态,又成为凸区。低能激光可以感知材料的状态(用来读盘),但不会导致状态转换。
其他技术
DVD 和 CD 的差别
使用红色激光(DVD激光的波长为0.65微米,而CD的为0.78微米);
凹区更小(DVD为0.4微米,而CD为0.8微米)
螺旋线更紧凑(DVD道间距为0.74微米,而CD的道间距为1.6微米);
存储容量达到4.7GB。
Blu-Ray
用蓝色的激光取代了DVD用的红色激光;
蓝色激光波长比红色的要短,可更精确地聚焦,能分辨出更小的凸区和凹区;
单面的Blu-Ray盘可存放约25GB的数据,双面的存储容量约50GB。数据速率约为4.5MB/秒。
光盘总结
存储原理:光电转换
编码方式:NRZI
存储格式
直接访问
光盘的发展:CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD、Blu-Ray
Enhanced DRAM
在DRAM中增加一个SRAM组成的Cache
存放刚刚被访问的单元的行的全部内容
增加比较器,如果下次访问的还是这行,则从 Cache中读
同时,刷新该行可以和读 Cache并行,这也可以提高性能
EDRAM 对行的访问效率提高了。
Cache DRAM
在 DRAM 中增加比 EDRAM 更大的 Cache 作为真正的 Cache 使用,不局限于存储最新访问的行。
需要增加什么电路?作为某些特定应用的缓冲器,比如显示存储器。
SDRAM
将与CPU异步工作模式改为同步工作模式主设备给出访问命令后, SDRAN 进行响应经过响应时间后, SDRAN 按系统时钟输出数据。
DDR:在时钟的上升沿和下降沿都传输数据。(Double data rate)
一般来讲,相比静态存储器, SDRAM 是一个好的选择:降低成本、降低布线难度。但是实现较为复杂。
Flash Memory
本来是晶体管的老化现象。从而开始研究,改变晶体管的导电特性。
ROM、 EPRON、 EEPROM
起源:晶体管的老化现象,When they give you lemons, make lemonade.
存储原理:改变晶体管的导电特性。
分类
NAND:软盘、硬盘
NOR:内存SRAM
FLASH 存储原理
如上,实际上,在写前,要把所有地方都擦除,然后去写 0 。对于读,则控制极加读电压:
晶体管不导通,读出0
晶体管导通,读出1
FLASH 特点
非电易失性
电可擦除
写入次数有限(老化)
性能适中,存储容量适中
NOR型
替代 EPROM、 EEPROM
按地址进行访问
用于存放程序
NAND型
作为硬盘的替代品
按扇区访问、按页擦除和写入
复习本单元
不同层次的存储器的作用
存储器组成(数字逻辑层):存放一位二进制数0或1
存储器(指令系统层):存放可单独访问的最小单元(字节、字、扇区)
存储器(操作系统层):段、页管理
存储器(用户层):文件
存储器组成
半导体存储器:
SRAM:触发器的不同状态
DRAM:电容是否存储电荷四
FLASH:晶体管状态
磁表面存储器:
磁颗粒的偏转方向(编码规则)
光盘:
凹区和凸区,反射光的强弱
层次存储器优势
1+1+1 > 3
利用了程序的时间局部性与空间局部性。
最后
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