计算机组成原理（四）---存储器

第四章 存储器

4.1 概述

4.1.1 存储器分类

1. 按存储介质分类

   1. 半导体存储器 TTL 、MOS 特点：体积小、功耗低、速度快（易失:不通电就会消失）
   2. 磁表面存储器 磁头、载磁体 （非易失）
   3. 磁芯存储器 硬磁材料、环状元件 （非易失）
   4. 光盘存储器 激光、磁光材料（非易失）

2. 按存取方式分类

   (1) 存取时间与物理地址无关 (随机访问)

   • 随机存储器(RAM) 在程序的执行过程中 可 读 可 写

   1. 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。
   2. 主要用于主存，高速缓冲存储器

   • 只读存储器**(ROM)** 在程序的执行过程中 只 读

   1. 特点：只能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入。
   2. 通常用来存放固定不变的程序，eg：BIOS芯片。

   (2) 存取时间与物理地址有关**（串行访问）**
   • 顺序存取存储器 eg: 磁带

   1. 读/写时,需要按照物理位置的先后顺序寻找地址.

   • 直接存取存储器 磁盘

   1. 磁头先找到对应的磁道，然后再顺序访问，直到找到位置

3. 按存储器在计算机中的作用分类

   

4.1.2 存储器的层次结构

为什么要有层次结构？层次结构的作用是什么？

​ 1、存储器的主要三个特性的关系

2、缓存 主存层次和主存 辅存层次

• 缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题
• 主存-辅存层次主要解决主存存储容量不足的问题。

*4.2 主存储器

4.2.1 概述

4.2.1.1主存的基本组成

4.2.1.2 主存与CPU的联系

4.2.1.3 主存中存储单元地址的分配（存储器的编址方案）

字编址计算机:计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包含的二进制位数称为存储字长。注意:按字编址时访问的单位为字长。
字节编址的计算机:计算机可寻址的最小信息单位是一个字节。注意:按字节编址时访问的单位为一个字节。

在计算机系统中，为了满足字符处理需要，常采用8位二进制表示一个字节，因此存储字长都采用8的倍数。也就是8位表示一个字节。

• 在IBM 370中，字地址是用该字高位字节(048)的地址来表示的。字长为32位，即每一个存储字可以包含4个可独立寻址的字节。

• 在PDP-11中，字地址是用该字低位字节(048)的地址来表示的。字长为16位，即每个存储字可以包含2个可独立寻址的字节。

• 

  • 24根地址线，是对每一个字节进行了编址，每个字节对应了一个地址。
  • MW表示1M个字。一个字是8位。若字长为16位，则两个字节为一个字。字长为32位，则四个字节为一个字。

• 

4.2.1.4 主存的技术指标

1. 存储容量 主存 存放二进制代码的总位数

   计算： 存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长**（存放二进制代码的总位数）**

   或者：存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长 / 8**（字节数总数）**

2. 存储速度(由存取时间和存取周期来表示)

   • **存取时间:**启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间（分读出时间和写入时间）
   • **读出时间:**存储器收到有效地址开始，到产生有效输出所需的全部时间
   • **写入时间:**存储器收到有效地址开始，到数据写入被选中单元所需的全部时间
   • **存取周期:**连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的最小间隔时间
   • **注:**通常存取周期大于存取时间，存取周期=存取时间+复原时间

3. 存储器的带宽(与存取周期密切相关)

   • 定义:单位时间内存储器存取的信息量
   • 单位︰字/秒字节/秒或位/秒
     提高存储器带宽的方法∶
     (1）缩短存取周期(2）增大存储字长(3）增加存储体

4.2.2 半导体存储器芯片简介

4.2.2.1 半导体存储芯片的基本结构

• 一个叫做片选信号，一个叫做使能信号，cs，片选，S是select，CE是使能信号，E是enable，选片选再能使芯片才工作，片选知识选择了芯片但是没有使能信号也是不工作的。

4.2.2.2 半导体寻出芯片的译码驱动

• 线选法
• 重合法

4.2.3 随机存取存储器（RAM）

按照存储信息的原理不同分为两种，静态RAM和动态RAM。

1. 静态RAM（SRAM）

   1. 静态RAM存储原理：用触发器工作原理存储信息
   2. 特点：信息读出后，仍保持原状态，不需要再生；断电后，辕信息丢失。
   3. 存取速度快，但是集成度低，功耗大，一般用于组成高速缓冲存储器。

2. 动态RAM**（DRAM）**

   动态RAM存储原理：电容存储电荷的原理存储信息

   特点：

   1. 所存储信息需要再生或刷新；
   2. 集成度高，功耗更低。

4.3高速缓冲存储器

• 略

4.4辅助存储器

• 略