随着信息技术的高速发展,计算机领域已进入了以数据为中心的大数据时代,数据规模的快速增长给计算机存储系统带来了机遇和挑战。传统的基于DRAM的计算机内存在面对工艺尺寸缩小所带来的系统稳定性、数据可靠性和能耗等问题上,几乎达到了极限水平。相变存储器(Phase Change Memory,PCM)具有非易失、高密度、低功耗、抗辐射等优点,性能接近DRAM,为存储系统的研究和设计提供了新的思路。为解决当前内存技术发展所面临的困境,提出了基于PCM的混合内存系统,挖掘PCM的优点,克服其性能和寿命的限制;设计混合内存系统架构,部署内存地址映射策略和磨损均衡机制,设计请求调度算法,完成了一套基于PCM的混合内存系统解决方案。基于美光公司LPDDR2型PCM芯片设计了存储控制器;基于AXI总线研究了PCM内存协议架构,设计了PCM内存卡;利用嵌入式开发平台,采用子母卡形式与CPU连接,实现了一个基于PCM的混合内存实验平台原型。对上述所实现的混合内存系统和原型平台进行测试、分析和验证。实验表明,基于PCM和DRAM的混合内存实验平台的系统的性能与传统DRAM内存系统还有一定差距,但混合内存系统具有非易失性,可扩展性强,能够在一定程度上缓解当前内存系统面临的问题;同时所实现的混合内存原型平台缓解了当前研究没有可用硬件的尴尬局面,验证了真实的PCM存储器作为非易失内存具有一定可行性,探讨了PCM存储器作为数据持久化内存的使用方法。