计算机的存储系统,全方面、最详细

1.存储器的分类

  1. 按存取的方式分类:
    1. 可读写的:随机存储器RAM,顺序存储器SAM,直接存储器DAM
    2. 只读存储器ROM
  2. 按存储介质分类:
    1. 磁性材料存储器
    2. 半导体存储器
    3. 光存储器
  3. 按功能与存取速度分类:
    1. 寄存器型存储器
    2. 高速缓冲存储器
    3. 主存储器
    4. 外存储器
  4. 按信息保存时间分类
    1. 易失型存储器
    2. 非易失型存储器

2.存储器技术指标

  1. 存储容量
  2. 存取速度
  3. 可靠性

   如果是嵌入式系统,那么功耗也是一项重要的技术指标

3. 主存中数据的存放

  1. 存储字长与数据字长的概念:
    存储字长:主存的一个存储单元所存储的二进制位数
    数据字长:计算机一次能处理的二进制位数

  2. 大端与小端的存放方式
    大端:数据的高位字节存放在主存低地址单元(常用)
    小端:数据的低位字节存放在主存的低地址单元

    32位整数:0x12345678
    主存中按字节的存放顺序:
    大端:12 34 56 78
    小端:78 56 34 12
    
  3. 边界对其的数据存放方式

    现代的计算机中,内存空间都是按照字节编址的,理论上讲任何类型的变量(任何变量在内存中所占大小都是以字节为单位)的访问都可以从任何地址开始,但实际情况则是访问特定类型变量时经常在特定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定规则在空间上排序,而不是一个接一个的存放,这就是对齐原则。
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    双字数据起始地址最末三位为000(8字节的整数倍)
    单字数据起始地址最末两位为00(4字节的整数倍)
    半字数据起始地址最末一位为0(2字节的整数倍)
    字节的数据存放按照单字数据处理

4. 存储系统的层次结构与主存的基本结构

1. 存储系统三级结构

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2.主存结构

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5.半导体存储器的结构与使用

1. 静态MOS存储器(SRAM)

  1. 静态MOS存储单元
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  2. 静态MOS存储器结构
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2. 动态MOS存储器(DRAM)

  1. 动态MOS存储单元
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  2. 刷新操作
    这是动态MOS存储单元与静态MOS存储单元最大的区别之一
    动态存储单元中,信息以电荷的形式存在于T1或T2管的栅级电容C1、C2上,由于电容容量小,电荷容易泄漏(ms级时间内),所以为了信息能长时间保存,需要及时补充电荷,这个操作被称为刷新
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    1. 集中式刷新:读写时不受刷新操作影响,存储器速度快,但是存在‘死时间’,在死时间内CPU不能访问存储器
    2. 分散刷新方式:不存在死时间,但严重影响系统效率
    3. 异步刷新方式:既不存在死时间,又能保证系统效率

3. 只读存储器

MROM:Mask ROM 掩膜ROM
PROM: One-Time Programmable ROM 一次可编程ROM
EPROM: Erasable and Programmable ROM 可擦除可编程ROM
E2PROM: Electrical Erasable and Programmable ROM 电可擦除可编程ROM
Flash: 闪存 快速擦写,不挥发性,可在线擦除重写,非易失性,高密度低功耗的存储器

6. 主存与CPU的连接

如果存储芯片的容量与CPU所要求的容量不匹配时,我们需要对存储器进行扩展,扩展方式有字扩展、位扩展、字位同时扩展

位扩展:

只有数据位不足时使用位扩展

比如说你的计算机是32位的,有32根数据总线,一次可处理4个字节的数据,但是这个存储芯片数据总线DB只有8位,那么就需要4片这样的存储芯片并联
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字扩展

只有地址位不足时使用字扩展

比如说你的计算机地址总线是32位的,可以寻址4G的内存空间,但是这个存储芯片地址总线AD只有30位,也就是1G,那么就需要4片存储芯片串联

访问哪一段内存使用哪一片存储器,这就需要片选信号决定,片选方式有 线选法、全译码法、部分译码法
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字位同时扩展

当数据位与地址位均不足时
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7.存储器接口

存储器与CPU外部数据线的连接问题,由于存储器按字节编址,当存储器的数据位数大于8时,CPU可能读取一个规整字,也可能读取它的一部分
8位:直接访问
16位:由A0和BHE(高字节允许)控制访问
32位:由BE3-BE0控制
64位:由A0-A3和BE7-BE0控制

8. 并行主存

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9. 高速缓冲器

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10. 虚拟存储器

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11. 辅助存储器

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