存儲技術(shù)原理分析

在計算機(jī)系統(tǒng)中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用于擴(kuò)大存儲空間。

存放指令和數(shù)據(jù)，并能由中央處理器直接隨機(jī)存取的存儲器，有時也稱操作存儲器或初級存儲器。主存儲器的特點(diǎn)是速度比輔助存儲器快，容量比高速緩沖存儲器大。

主存儲器被劃分成若干用于存放數(shù)據(jù)或指令的存儲單元。為了區(qū)分不同的存儲單元，給每一個存儲單元分配一個編號，這個編號稱為存儲單元的地址，因此主存是按地址存取信息的。在主存中，以字節(jié)作為編址單位，即一個存儲單元的長度為8個二進(jìn)制位。存儲單位的地址編號從0開始，順序加1 ，是一個無符號二進(jìn)制整數(shù)，一般用十六進(jìn)制數(shù)表示。

一般用隨機(jī)存儲器作主存儲器。存取數(shù)據(jù)的時間與數(shù)據(jù)所在存儲單元的地址無關(guān)。主存儲器工作時，首先由中央處理器將地址送至存儲器的地址寄存器并譯碼，同時接收由中央處理器發(fā)出的"讀"或"寫"命令。于是，存儲器就按照地址譯碼的輸出確定相應(yīng)的存儲單元。如果是讀命令，則將存儲單元的代碼讀出并送往代碼緩沖寄存器，如果是寫命令，代碼緩沖寄存器接收新代碼，接著寫入存儲體。為了提高數(shù)據(jù)的處理速度，存儲器的讀∕寫操作往往按2個字節(jié)、4個字節(jié)、8個字節(jié)、16個字節(jié)作為一組同時讀出或?qū)懭?。主存儲器采用半?dǎo)體存儲器件。存儲芯片是集成電路市場的支柱產(chǎn)品，主要采用MOS存儲器。容量大而速度低的外圍存儲器主要采用磁盤、光盤、磁帶等。

近代計算機(jī)系統(tǒng)資源為一同執(zhí)行的多個用戶程序所共享。就主存來說，它同時存有多個用戶的程序和系統(tǒng)軟件。為使系統(tǒng)正常工作，必須防止由于一個用戶程序出錯而破壞同時存在主存內(nèi)的系統(tǒng)軟件或其他用戶的程序，還須防止一個用戶程序不合法地訪問并非分配給它的主存區(qū)域。因此，存儲保護(hù)是多道程序和多處理機(jī)系統(tǒng)必不可少的部分。

主存保護(hù)是存儲保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。主存保護(hù)一般有存儲區(qū)域保護(hù)和訪問方式保護(hù)。存儲區(qū)域保護(hù)可采用界限寄存器方式，由系統(tǒng)軟件經(jīng)特權(quán)指令給定上、下界寄存器內(nèi)容，從而劃定每個用戶程序的區(qū)域，禁止越界訪問。

界限寄存器方式只適用于每個用戶程序占用一個或幾個連續(xù)的主存區(qū)域，而對于虛擬存儲器系統(tǒng)，由于一個用戶的各頁離散地分布于主存內(nèi)，就需要采用鍵式保護(hù)和環(huán)狀保護(hù)等方式。鍵式保護(hù)是由操作系統(tǒng)為每個存儲頁面規(guī)定存儲鍵，存取存儲器操作帶有訪問鍵，當(dāng)兩鍵符合時才允許執(zhí)行存取操作，從而保護(hù)別的程序區(qū)域不被侵犯，環(huán)狀保護(hù)是把系統(tǒng)程序和用戶程序按重要性分層，稱為環(huán)，對每個環(huán)都規(guī)定訪問它的級別，違反規(guī)定的存取操作是非法的，以此實(shí)現(xiàn)對正在執(zhí)行的程序的保護(hù)。