第4章 内存
第4章 存储器
2.数据总线匹配和存储器接口
奇 存 储 体 （512KB） 偶 存 储 体 （512KB）
00001H 00003H 00005H · · ·
00000H 00002H 00004H · · ·
FFFFFHH
FFFFEHH
A19～A1
D15～D8
BHE
D7～D0
A0
图4.23 8086的存储体组织
字选择线
。
位 线
T1
C
D
图4.8
单管动态存储元
2. DRAM存储芯片实例（见图4.9）
4.2.3 存储器芯片的读/写时序
tCYC tRAS RAS
CAS
tCAS
地址
行地址 tRCS
列地址 tRCH
tCYC：读周期时间 tRAS：RAS脉冲宽度 tCAS：CAS脉冲宽度 tRCS：读命令建立时间 tRCH：读命令保持时间 tDOH：数据输出保持时间
4.1 存储器系统概述
4.1.0 存储器系统的Cache—主存层次结构
硬件管理
CPU
Cache
主存储器
图4.0 Cache—主存存储层次
4.1.1 存储器分类
1.按存储介质分类 （1）半导体存储器 （2）磁表面存储器 （3）光盘存储器 2.按存取方式分类 （1）随机存储器RAM （2）只读存储器ROM （3）顺序存储器SAM （4）相联存储器 3. 按在计算机中的作用分类 （1）主存储器 （2）外存储器 （3）高速度缓冲存储器（Cache） （4）控制存储器 4. 按信息的可保存性分类
R/W 32K×8
D7～D0
R/W D7 ～D0
图4.26
内存与CPU的连接框图
第四章-存储器04-高速缓冲存储器
Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2：设一个Cache中有8块，访问主存进行读操作的块地址依次为： 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010， 求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能： 访存地址 转成 Cache地址 辅助存储器
Cache 的全部功能都是 由硬件完成的， 对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
映象：其物理意义就是位置的对应关系，将主存地址变成Cache地址。
常见的映象方式主要有三种： 1）直接映象 2）全相联映象 3）组相联映象
CPU Cache 字 数据总线 字
2位 主存区号标记 00 主存块号 比较 3位 区内块号 100 Cache块号 未命中 访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址 块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器（Cache）
考研试题精选：
假设：CPU执行某段程序时，共访问Cache 3800 次，访问主存200 次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。
求：Cache—主存系统的平均存取时间和效率。 解： 系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111
内存的分类
4.4 内存的选购
4.4.1 内存的选购原则 1．内存条的品牌 如图4 18所示。 如图4-18所示。
2．内存颗粒 3．频率要搭配 4．容量
4.4.2 内存产品介绍 1. 海盗船1GB DDR3 1333 海盗船1GB 海盗船1GB 海盗船1GB DDR3 1333内存条的外观，如图 1333内存条的外观，如图 4-19所示。 19所示。
运行CPU- ，容， 如图4 23所示。 如图4-23所示。
4.1.4 按内存条的技术标准（接口类 按内存条的技术标准（ 型）分类
1．DDR SDRAM内存条 SDRAM内存条 DDR SDRAM内存条，其外观如图4-6所示。 SDRAM内存条，其外观如图4
2．DDR2 SDRAM内存条 SDRAM内存条 DDR2内存条的外观如图4 DDR2内存条的外观如图4-7所示。
③ Flash Memory（闪速存储器），如图4-4 Memory（闪速存储器），如图4 所示。
2．RAM （1）SRAM（Static RAM，静态随机存储器） SRAM（ RAM，静态随机存储器） （2）DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器） DRAM（ RAM，动态随机存储器） 4.1.2 按内存在计算机中的用途分类 1．主存储器 2．高速缓冲存储器（Cache） ．高速缓冲存储器（Cache） 3．BIOS ROM
3．CSP封装 CSP封装 CSP（ CSP（Chip Scale Package，芯片级封装） Package，芯片级封装） DDR内存，如图4 14所示。 DDR内存，如图4-14所示。
4.3 DRAM内存的时间参数 DRAM内存的时间参数
4.3.1 DRAM内存的参数设置 DRAM内存的参数设置 1．CAS Latency（CL或tCL） Latency（CL或tCL） 目前DDR内存的CL值主要为2 2.5和 目前DDR内存的CL值主要为2、2.5和3， DDR2的CL在 DDR2的CL在3～6之间，DDR3的CL在5～8 之间，DDR3的CL在 之间。DDR2与DDR3延迟时间对比如图4 之间。DDR2与DDR3延迟时间对比如图415所示。 15所示。
计算机基础第4章 内存
2．DDR2 SDRAM内存条 DDR2 SDRAM（简称DDR2）内存条有240个引脚，内存条的SPD芯片与DDR内存 不同，通常被焊在内存条的中间位置，DDR2内存条的外观如图4-11所示。常见容 量有256MB、512MB、1GB、2GB等。
3．DDR3 SDRAM内存条 DDR3 SDRAM（简称DDR3）内存条是当前主流内存产品。DDR3与DDR2一样， 也有240个针脚，但DDR3针脚隔断槽口与DDR2不同，DDR3内存左、右两侧安装 插口与DDR2不同，DDR3的外观如图4-12所示。DDR3常见容量有1GB、2GB、 4GB等。
台式机内存条使用标准DIMM（Dual Inline Memory Module，双边接触内存模组）， 这种类型接口的内存条两边都有引脚。184线的DDR SDRAM、240线的DDR2 SDRAM和DDR3 SDRAM、284线的DDR4 SDRAM内存都属于DIMM接口类型。 所谓内存线数是指引脚数。
4.2.2 内存条的技术标准 根据内存条的不同技术标准或称内存接口类型，DRAM又可分为不同的类型， SDRAM家族的内存包括DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM等类型，下面主要介绍后4种内存条。 1．DDR SDRAM内存条 DDR SDRAM（简称DDR）内存条是在SDRAM内存条基础上发展而来的，仍然沿 用SDRAM生产体系。DDR内存条有184个引脚，常见容量有128MB、256MB、 512MB等，其外观如图4-10所示。
1．PCB 2．金手指（针脚） 3．内存条固定卡缺口 4．金手指缺口 5．内存芯片 6．SPD芯片 7．内存颗粒空位 8．电容 9．电阻 10．标签 11．散热器
4.1.3 内存芯片的封装 1．TSOP封装
第4章内部存储器
速度应相同，同一主板上的不同存储体的内存条存取速度也应相同或
尽量接近，否则可能出问题。 当两个存储体存取速度不同时，若低速存储体放置在前，高速存
储体放置在后，则高速存储体降频使用，不出现故障，若相反则低速
存储体超频使用，可能引发存储故障。
10.03.2019 Ch4 内部存储器 43/52 9
4．2．5 内存区域划分（1）
4．闪存 Flash memory 代表芯片为 28F010、29EE010、29EE020 等。存储容量大为 1 ~ 2Mb ( 128 ~ 256KB )，易于在线刷新，目前已基本取代 EPROM。 闪存容量大、易修改性是它的优点，其内部程序便于刷新，但也 是它的缺点，容易受到攻击，无法保证数据安全。 ROM 系统由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。
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4．2．5 内存区域划分（2）
4．系统保留区
E0000 ~ EFFFF 早期为内存盲区，后期为 ROM BIOS 扩展区。
5．系统 ROM BIOS 区 最高端 64KB 用于存放主板 BIOS，BIOS 主要功能如下：
⑴ 上电自检 POST ( Power On Self – Test )。电源开启后进行自诊
操作系统第4章练习题[指南]
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第4章存储器管理4.1 典型例题解析【例1】某系统采用动态分区分配方式管理内存，内存空间为640K，高端40K用来存放操作系统。
在内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。
对下列的请求序列：作业1申请130K、作业2申请60K、作业3申请100K、作业2释放60K、作业4申请200K、作业3释放100K、作业1释放130K、作业5申请140K、作业6申请60K、作业7申请50K、作业6释放60K，请分别画图表示出使用首次适应算法和最佳适应算法进行内存分配和回收后内存的实际使用情况。
答：使用首次适应算法和最佳适应算法进行上述内存的分配和回收后，内存的实际使用情况分别如图(a)和(b)所示。
（a）(b)【例2】对一个将页表存放在内存中的分页系统:（1）如访问内存需要0．2μs，有效访问时间为多少?（2）如果加一快表，且假定在快表中找到页表项的机率高达90％，则有效访问时间又是多少(假定查快表需花的时间为0)?答：（1）有效访问时间为：2×0．2=0．4μs（2）有效访问时间为：0．9×0．2+(1—0．9)×2×0．2＝0．22 ps。
【例3】某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页2K，拥有物理空间1M。
（1）写出逻辑地址的格式。
（2）若不考虑访问权限等，进程的页表有多少项?每项至少有多少位?（3）如果物理空间减少一半，页表结构应相应作怎样的改变?答：（1）该系统拥有逻辑空间32页，故逻辑地址中页号必须用5位来描述：而每页为2K，因此，页内地址必须用11位来描述，这样可得到它的逻辑地址格式如下：等，则页表项中只需给出页所对应的物理块块号，1M的物理空间可分成29个内存块，故每个页表项至少有9位(3)如果物理空间减少一半，则页表中页表项数仍不变，但每项的长度可减少1位。
【例4】已知某分页系统，主存容量为64K，页面大小为1K，对一个4页大的作业，其0、l、2、3页分别被分配到主存的2、4、6、7块中。
计算机基础实施第4章内存
2、 杂牌内存引起的系统不稳定？ 故障现象： 才配置的机器为：PIII 733CPU， 升技SA6主板，七彩虹Geforce 2NV显卡，杂牌 128MB内存，星钻20G硬盘，声卡是集成的， 爱国者770FT显示器。机器硬件装好后，开始 安装Windows Me，可是磁盘扫描结束进行安 装程序时，机器就死机了，试了几次都是如此， 于是改装Windows 98 Windows 98，这次进了安装程序，安 装也算顺利，只是在拷系统文件时报错，但按 了“取消”就没事了。装完后进入Windows 98， 一打开程序就报“非法操作”，然后被告之 “系统内部出错，请重新安装系统”，任何程 序都无法运行，开机只能进入桌面。
化学镀金工艺金手指特写(金手指下面是平边)
目前金手指制作工艺有两种，一种是 电镀金，另一种是化学镀金。电镀金比 化学镀金金层更厚，能够提高抗磨损性 和防氧化性。
电镀金工艺金手指特写(金手指下面多出一个小引线)
（4）、SPD
SPD（Serial Presence Detect，串行存在 检测）是一颗8针的EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦写可编 程只读存储器）芯片。它一般位于内存条正 面的右侧，采用SOIC封装形式，容量为256字 节（Byte）。SPD芯片内记录了该内存的许多 重要信息，诸如内存的芯片及模组厂商、工 作频率、工作电压、速度、容量、电压与行、 列地址带宽等参数。SPD信息一般都是在出厂 前，由内存模组制造商根据内存芯片的实际 性能写入到ROM芯片中。
在挑选内存芯片时最好优先原厂原字芯片，因 为这些产品都经过了晶圆厂最为严格的检测和 测试，因此品质最有保障。此外，目前很多模 组厂商为了产品形象统一，特别将内存芯片表 面的字迹印刷成自己的LOGO，给消费者选购 造成了一定的不便。其实，只要是知名模组厂 商的产品，用户都可以放心选购，但千万不要 贪图便宜而购买杂牌小厂产品。
第四章存储器管理
考点一内存管理概念一、单项选择题在下面关于存储功能的论述中正确的是（）A.即使在多道程序管理下用户也可以编制用物理地址直接访问内存的程序。
B.内存分配的基本任务是为每道程序分配内存空间，其追求的目的则是提高内存的利用率。
C.为提高内存保护的灵活性，内存保护通常由软件完成。
D.地址映射是指将程序物理地址转变为内存的逻辑地址二、综合应用题1.请列举出逻辑地址和物理地址的两个不同之处。
2.一个进程被换出内存，它就失去了使用CPU的机会。
除了换出内存这种情形，请列举出其它一种情形，进程虽然失去了使用CPU的机会，但它并没有被换出内存。
3.存储管理的主要研究内容是什么？4.什么是动态链接？用何种内存分配方法可以实现这种链接技术？5.某系统把任一程序都分成代码和数据两部分。
CPU知道什么时候要指令（如取指令周期），什么时候要数据（如取数据周期或存数据周期）。
所以，需要两种寄存器（基地址寄存器、界限寄存器），一组用于指令，一组用于数据。
用于指令的是只读的，以便于用户的共享。
请分析这种策略的优缺点。
6.什么是地址的重定位？有哪几种常用的地址重定位的方法？7.在现代计算机系统中，存储器是十分重要的资源，能否合理有效的使用存储器，在很大程度上反映了操作系统的性能，并直接影响到计算机系统作用的发挥。
请问：（1）主存利用率不高主要体现为哪几种形式？（2）可以通过哪些途径来提高主存利用率8.内存保护是否可以完全由软件来实现？为什么？考点二交换与覆盖一、单项选择题1.存储管理方案中，（）可采用覆盖技术。
A.单一连续存储管理B.可变分区存储管理C.段式存储管理D.段页式存储管理2.在存储系统管理中，采用覆盖技术与交换技术的目的是( )。
A.节省主存空间B.物理上扩充主存容量C.提高CPU利用率D.实现主存共存二、综合应用题1.在存储管理中，覆盖和对换技术所以解决的是什么问题？各有什么特点？2请写出你对交换过程和覆盖过程的认识，它们的主要区别有哪些？考点三连续分配管理方式一、单项选择题1.在可变式分区分配方案中，某一作业完成后，系统收回其主存空间并与相邻空闲区合并，为此需要修改空闲区表，造成空闲区域减1的情况是（）。
第四章 内存管理
2022/12/21
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第四章 内存管理
4.0 问题导入
在现代操作系统中同时有多个进程在运行，每 个进程的程序和数据都需要放在内存中，那么 程序员在编写程序时是否需要知道程序和数据 的存放位置呢？
如果不知道，那么多个进程同时在内存中运 行，每个进程应占用哪些空间呢，
如何保证各个进程占用的空间不冲突呢？ 内存空间如何进行分配和管理呢？
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第四章 内存管理
4.1 内存管理概述 4.2 内存管理的基础 4.3 连续内存分配存储方式 4.4 虚拟存储
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4.1 内存管理概述
4.1.1 存储结构
存储层次
➢ CPU寄存器
➢ 辅存：固定磁盘、可移动 介质
层次越高，访问速度越快，
价格也越高，存储容量也
最小
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
图4-2 仅有RAM时操作系统与用户程序的内存分配
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
图4-3 备有ROM时操作系统和用户程序之内存分配
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4.1 内存管理概述
4.1.3 操作系统在内存中的位置
多个小分区 适量中分区 少量大分区
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内存分配例子
分区号 大小(K) 起始地址(K) 状态
1
12
20
已分配
2
32
32
已分配
3
64
64
已分配
4
128
128
未分配
固定分区使用表
第4章 存储器管理_习题
第4章存储器管理4.4自测题4.4.1基本题一．判断题(正确的在括号中记√,错误的记×)1.为了减少内部碎片,页应偏小为好。
( )2.为了减少缺页中断率,页应该小一些。
( )3.为提高对换空间的利用率,一般对其使用离散的分配方式。
( )4.用户程序中出错处理部分不必常驻内存。
( )5.使用预分页的原因是每个进程在最初运行时需要一定数量的页面。
( )6.可变分区法可以比较有效地消除外部碎片,但不能消除内部碎片。
（）7.分页存储管理方案易于实现用户使用内存空间的动态扩充。
( )8.LRU页面调度算法总是选择在主存驻留时间最长的页面被淘汰。
( )9.最佳适应算法比首次适应算法具有更好的内存利用率。
( )10.请求分段存储管理中,分段的尺寸要受主存空间的限制。
( )二．单项选择题，在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代码写在题干后面的括号内。
不选、错选或多选者该题无分。
1.在可变式分区管理中,最佳适应算法是将空白区在空白区表中按______次序排列。
A.地址递增B.地址递减C.容量递增D.容量递减2.动态重定位技术依赖于_______.A.重定位装入程序B.重定位寄存器C.地址机构D.目标程序3.请求分页存储管理方案的主要特点是__________。
A.不要求将作业装入内存B.不要求将作业全部装入内存C.不要求使用联想存储器D.不要求缺页中断的处理4.在存储管理方案中,___________可与覆盖技术配合。
A.页式管理B.段式管理C.段页式管理D.可变分区管理5.一个计算机系统虚存的最大容量是由__________决定的。
A.主存的容量B.辅存的容量C.主存容量+辅存容量D.计算机的地址机构6.在存储管理中,采用覆盖与交换技术的目的是_________。
A.节省主存空间B.物理上扩充主存容量C.提高CPU效率D.实现主存共享7.在可变式分区分配方案中,只需要进行一次比较就可以判定是否满足作业对主存空间要求的是______。
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1．PCB板 2．金手指（针脚） 3．内存固定卡缺口 4．金手指缺口 5．内存芯片 6．SPD芯片 7．内存颗粒空位 8．电容 9．电阻 10．标签
11. 散热器
4.2.2 内存芯片的封装
1．TSOP封装
2．BGA封装
3．CSP封装
4.3 内存条的技术标准
1．DDR SDRAM内存条
2．DDR2 SDRAM内存条
3．DDR3 SDRAM内存条
4.4 内存的时间参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.4.1 内存的参数 1.CAS Latency（CL或tCL） 2.RAS to CAS Delay（tRCD） 3.RAS Precharge（tRP） 4.RAS Active Delay（tRAS） 4.4.2 内存的参数标识
第4章 内
存
本章介绍的内存是指主板上的主储存器，也就 是内存条。内存直接与CPU连接，存放当前正 在使用（即执行中）的数据和程序，因此它的 大小和性能影响着整机的性能。
4.1 内存条的分类
1. 按内存条的技术标准（接口类型）分类
根据内存条的不同技术标准或称内存接口 类型，内存DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、 DDR3 SDRAM等。目前主板上使用的主流 内存类型是DDR3 SDRAM。
4.5 内存的选购
1．内存条的品牌
2．内存颗粒 3．频率要搭配 4．容量
4.6 实训
4.6.1 内存条的安装及拆卸
4.6.2 查看内存默认频率及默认SPD参数
4.7 思考与练习
1．查阅有关计算机商情报刊，上网查看硬件信息；到当地计算机配 套市场考察内存条的型号、价格等商情信息。 / / / / / / 2．理解DRAM的内存时间参数的含义。 3．掌握内存条的型号及安装方法。 4．用有关的内存测试软件（如CPU-Z、WCPUID、HWiNFO32、 3DMark、SiSoft Sandra Standard等）测试所用微机的内存信息。 5．在BIOS中，设置内存参数。 6．上网查找有关主流DDR2、DDR3内存颗粒编码规则方面的资料 （搜索关键词：主流DDR内存颗粒）。
2. 按内存条的使用机型分类
按内存条的使用机型可分为台式机内存条 和笔记本电脑内存条。 (1) 台式机内存条
(2) 笔记本电脑内存条
4.2 内存条的结构和封装
4.2.1 DDR3 SDRAM内存条的结构 下面以如图4-3所示的DDR3 SDRAM为例， 介绍内存条的结构。