计算机组成原理笔记——存储器分类、层次结构、技术指标、存储单元地址分配

计算机组成原理笔记——存储器分类、层次结构、技术指标、存储单元地址分配

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一. 概述

存储器的分类

1. 按存储介质划分：

(1)半导体存储器 双极型(TTL)、MOS
(2)磁表面存储器 磁头、载磁体
(3)磁芯存储器(目前几乎已不被采用)硬磁材料、环状元件
(4)光盘存储器 激光、磁光材料
其中，半导体存储器为易失性存储器或称随机存取存储器。磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器为非易失性存储器。
易失性存储器：RAM。可作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质（可称作系统内存）。当电源关闭时不能保留数据，数据容易丢失。

2. 按存取方式划分：

(1)顺序访问：存取时间与物理地址无关
随机存储器RAM：可读可写，其特点是存储器的任何一个存储单元都可以随机存取，而且存取时间与存取单元的物理地址无关，计算机的主存都采用这种随机存储器。
只读存储器ROM：只读。这种寄存器通常用来存放固定不变的程序、常数或者用于操作系统的固化，它与随机存储器可以共同作为主存的一部分，构成主存的地址域。
(2)串行访问：存取时间与物理地址有关
这种存储器由于信息所在位置不同，使得读写时间不同
顺序存取存储器：如磁带存储器，不论信息处于什么位置，读写时都从介质的始端顺序查找。
直接存取存储器：如磁盘存储器，首先指出存储器的磁道，然后再按照顺序寻找数据。

3. 按在计算机中的作用分类：
   

• 主存储器：可以与CPU直接交换信息
• 寄存器：交换信息的速度最快、位价最高、容量最小。寄存器中的数直接在CPU内部参与运算，CPU内可以有十几个，几十个寄存器。
• 高速缓冲存储器Cache：介于主存与CPU之间，解决数据读写速度不匹配的问题。
• 辅助存储器：容量比主存大得多，速度比主存慢得多，位价最低廉。用来存放暂时未用到的程序和数据。CPU不能直接访问主存，而辅存只能与主存交换信息

存储器的层次结构

1. 存储器三个主要特性关系：
   从上到下，速度从快到慢，容量从小到大，价格从高到低。

• 缓存—主存层次和主存—辅存层次
  缓存—主存—缓存三级存储系统

二. 主存储器

1.概述

1. 主存的基本组成：
   

访问存储单元时，先要通过地址总线到MAR中获取地址，经过地址译码、驱动等电路，才能找到所需访问的单元，在读出时，需要经过读写电路，才能将被选中单元的存储字送到MDR。

2. 主存与CPU的联系：
   
   存储器进行读操作：CPU将字的地址送到MAR，经过地址总线送至主存，此时CPU中的控制单元CU向存储器发出读命令，读出的数据由存储器通过数据总线送到MDR。（更详细的指令、数据传输在之后的CPU中会涉及）
3. 主存中存储单元地址的分配

• 大端（大尾）方式：高位字节地址为字地址
• 小端（小尾）方式：低位字节地址为字地址
  以存储12345678H为例
  12为高位字节
  78为低位字节
• 大端方式
  
• 小端方式
  

4. 主存的技术指标：
   （1）存储容量：主存能存放二进制代码的总数
   存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长
   （2）存储速度：由存取时间和存取周期表示
   存取时间：启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需的全部时间。
   存取时间分为读出时间和写入时间。
   读出时间是从存储器接收到有效地址开始，到产生有效输出所需的全部时间。
   写入时间是从存储器接收到有效数据开始，到数据写入被选中单元为止所需的全部时间。
   存取周期：存储器进行连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需的最小间隔时间。通常存取周期大于存取时间。
   与存取周期密切相关的指标：存储器带宽
   存储器带宽：每秒从存储器进出信息的最大数量。用字/秒、字节/秒表示。

• 如何提高存储器带宽：

1.缩短存取周期
2.增加存储字长，使每个周期访问更多的二进制位
3.增加存储体

二.半导体存储器芯片简介

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三.随机存取存储器RAM知识概括