教你了解存储器

这是我观看了b站up做的笔记

一. 概述

分类：

层次结构：

1. 性能指标：速度，容量，位价（每位价格）。
   
2. 存储层次结构：
   （1）缓存-主存层次：解决CPU和主存速度不匹配问题。
   （2）主存-辅存层次：解决容量问题。

二.主存储器

1.概述

1. 基本组成： 存储体（大楼）–存储单元（房间）–存储元件（床位）-- 0 / 1（无人/有人）。
2. 主存中存储单元地址的分配： 主存个存储单元的空间位置是由单元地址号来表示，地址总线是指出储存单元地址号，由地址号可以读出写入一个储存字。
3. 技术指标：
   （1）存储容量 ：指主存能存放二进制代码的总位数，也可用字节总数 来表示。
   存储容量=存储单元个数 x 存储字长
   存储容量=存储单元个数 x 存储字长/8
   （2）存储速度 ：由存取时间和存储周期来表示。

2. 半导体储存芯片

基本结构：

容量：由地址线（单向）和数据线（双向）的位数共同反应。
列：

地址线	数据线	容量
10	4	2^10(1k)*4
14	1	2^14(16k)*1
13	8	2^13(8k)*8

控制线：
（1）读写控制线：决定芯片进行读写操作。
（2）片选线：用来选择储存芯片。
译码驱动方式：线选法和重合法

3.随机存储器（RAM）

DRAM(动态)：用在主存
SRAM(静态)：用在缓存

	DRAM(动态)	SRAM(静态)
存储原理	容量	触发器
集成度	高	低
芯片引脚	少	多
功耗	小	大
价格	低	高
速度	慢	快
刷新	有	无

4.只读存储器（ROM）

定义： 一般保存系统程序或系统的配置信息
半导体ROM基本器件：MOS型和TTL型。

1. MROM:用户不发改变原始状态。
2. PROM：可以改变一次（一次性）。
3. EPROM：（多次性编程）。
4. EEPROM：既可局部，也可全部。
5. 闪速存储器：快擦型存储器

5.存储器与CPU的连接

1. 存储容量的扩展

CS （片选线 ）：连接芯片
WE：读，写

（1）位扩展 ： 指增加存储字长（就是增加数据线）。
（2）字扩展 ：指增加存储器字的数量，也称存储单元（就是增加地址线）
（3）字，位扩展 ：两个都增。

2. 存储器与CPU连接
   （1）地址线连接：通常将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连（CPU地址线多于存储芯片地址线）。
   （2）数据线连接 : 若存储芯片与CPU的数据线不相等，就对存储芯片进行扩位（使他们数据位数相等）。
   （3）读 / 写命令线连接 ：高电平为读，低电平为写。
   （4）片选线连接 ：是CPU与存储芯片正确工作的关键。片选有效信号与CPU的访存信号MREQ（低电平有效，有效时，这次访问的地址才在存储器当中）有关。
   （5）合理选择存储芯片 ：ROM存放系统程序，RAM为用户编程设计。

解题步骤
（1）写出对应的二进制地址码
（2）确定芯片数量及类型
（3）分配地址线
（4）确定片选信号
（5）确定片选逻辑

6.存储器校验

1. 汉明码：1950年提出，具有以为纠错能力。
2. 汉明码的分组是一种非划分方式。
3. 校验位： 指对一组数据进行效验，不和其他组共有。

7.提高访存速度的措施

目的：提高主存的存取速度
多体并行系统：采用多体模块组成的存储器。

三.高速缓冲存储器（cache）

1.概述

主要作用：解决主存与CPU速度不匹配的问题。

CPU

缓存

主存

1. 工作原理

1. 主存由2^n个可编译的字组成，每个字有唯一的n位地址
2. 主存 和 缓存以块 为单位存储。
3. 块的大小相同

2. CPU读取主存的字
   两种情况（1）所需字已在缓存中，可直接访问Cache（一次送一个字节）。
   （2）不在，将改字所在的主存整个字块调到缓存。
3. 命中率
   （1）Cache 容量越大 CPU命中率越高。
   （2）命中Cache：说明主存快已经调入缓存中。
   （3）未命中：未调入。
4. 基本结构
   （1）Cache存储体。
   （2）地址映射变换机构
   （3）替换机构
   （4）Cache的读写操作
   

2.Cache–主存地址映射和替换策略

映射机构：主存的块可以放到缓存那些块当中。
替换机构：完成了主存当中的一个块在Cache当中的查找操作。

1. 直接映射（不灵活）：某一 主存块只能固定映射到某一缓存块。
2. 全相联映射（成本高）：某一主存块能 映射到任一缓存块
3. 组相联映射：某一 主存块只能映射到某一缓存组中的存储块当中

算法：

1. 先进先出（First-In-First-out,FIFO）算法。
2. 近期最少使用（Least Recently Used,LRU）算法。

四.辅助存储器（外部存储器）

特点：不直接与CPU交换信息
与主存一起组成了存储器系统的主存-辅存层次