计算机组成原理--储存器概述

首先说一个概念：
DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。

1.储存器的分类：

(1).按介质分类：

存储介质是指能够寄存0，1两种代码并能区分两种状态的介质或元器件。存储介质主要有半导器件，磁性材料，和光盘。

1°半导体存储器

储存元件由巴脑体期间组成的存储称为半导体储存器。现代半导体存储元件都使用超大规模集成电路工艺支撑芯片，像现在的内存条固态硬盘都是半导体储存器。
优点： 半导体存储器具有存取速度快、存储容量大、体积小等优点，并且存储单元阵列和主要外围逻辑电路兼容，可制作在同一芯片上，使输入输出接口大为简化。
缺点： 当电源消失时，所存信息也会随即丢失，他是一种易失性的存储器。
但是近年来Flash闪存的发展，是的半导体存储器作为长期存储器成为了可能。

2°磁表面存储器

磁表面存储器是利用涂覆在载体表面的磁性材料具有两种不同的磁化状态来表示二进制信息的“0”和“1”。将磁性材料均匀地涂覆在圆形的铝合金或塑料的载体上就成为磁盘，涂覆在聚酯塑料带上就成为磁带。
磁头是磁表面存储器用来实现“电←→磁”转换的重要装置，一般由铁磁性材料（铁氧体或玻莫合金）制成，上面绕有读写线圈，在贴近磁表面处开有一个很窄的缝隙。
优点：
磁表面存储器的优点为存储容量大、单位价格低、记录介质可以重复使用、记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档、非破坏性读出，读出时不需要再生信息
缺点：
存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。磁表面存储器由于存储容量大，单位成本低，多在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据。

3°磁芯存储器

1970年左右被淘汰，不提了。

4° 光盘存储器

光盘存储器是（ODM Optical Disk Memory）是用于记录的薄层涂覆在基体上构成的记录介质。不同的是基体的圆形薄片由热传导率很小、耐热性很强的有机玻璃制成。在记录薄层的表面再涂覆或沉积保护薄片，以保护记录面。记录薄层有非磁性材料和磁性材料两种，前者构成光盘介质，后者构成磁光盘介质。
优点：存储量很大且盘片易于更换非易失
缺点：满，比磁盘还有慢一个数量级

(2).按存取方式分类

1°随机存储器（Random Access Memory ,RAM)

“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的
位置无关。也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入（存入）或读出（取出）信息。它与ROM的最大区别是数据的易失性，即一旦断电所存储的数据将随之丢失。RAM在计算机和数字系统中用来暂时存储程序、数据和中间结果。
分类：
静态随机存储器（SRAM）
动态随机存储器（DRAM）

2°只读存储器(Read Only Memory,ROM)

只读存储器（ROM）是一种在正常工作时其存储的数据固定不变，其中的数据只能读出，不能写入，即使断电也能够保留数据，要想在只读存储器中存入或改变数据，必须具备特定的条件。按存取信息的不同方式，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和非随机存取存储器。只读存储器就属于非随机存取存储器。
根据编程方式的不同，只读存储器共分为以下 5 种：

• 掩膜工艺 ROM
  这种 ROM 是工艺厂家根据客户所要存储的信息，设计专用的掩膜板进行生产的。一旦生产出成品后，ROM 中的信息即可被读出使用，但不能改变。这类 ROM一般用于批量生产，成本比较低。
• 可一次性编程 ROM（PROM）
  PROM 是用熔丝（通常用镍铬合金、多晶硅或钛钨合金制造）制造的，用户可以烧断这些熔丝，以实现存储器存储元件之间的互联，从而写入信息，一旦写入之后，信息就会永久的固定下来，只可读出，不可再改变其内容。
• 紫外线擦除可改写 ROM（EPROM）
  EPROM 中的内容可由用户写入，也允许用户反复擦除重新写入。EPROM 用电信号编程用紫外线擦除，在芯片外壳上方有一个圆形的窗口，通过这个窗口照射紫外线就可以擦除原有信息。由于太阳光中含有紫外线，所以当程序写好后要使用昂贵的带有石英窗口的陶瓷封装，避免阳光射入而破坏程序。而且在擦除过程中不能选择性地擦除存储字单元，如果用户需要改程序，必须擦除整个存储阵列。
• 电擦除可改写 ROM（EEPROM）
  EEROM 是 ROM 发展过程中的一个主要进展，它的写操作采用了热载流子隧穿，擦除操作采用了热电子的量子力学隧穿效应。EEPROM 有相当多的优点，如单一的 5V 电压编程能力、编程之前无需进行擦除操作、字节模式和页模式的写操作、中等的存取时间、低功耗、全军用工作温度范围，以及在严峻的环境条件下的不挥发性。
• 快闪 ROM（flash ROM）
  在 20 世纪 80 年代中期，人们发现把热载流子编程和隧穿擦除结合在一起是一种实现一个单管 EPROM 单元的方法，这种新技术被称为快闪存储器（flashROM）。这种技术结合了 EPROM 的编程能力和 EEPROM 的擦除能力，读写速度都很快。这种芯片的改写次数最大能达到 100 万次。

3° 串行访问存储器

如果对存储单元进行读/写操作时，需按其物理位置的先后顺序寻找地址，则这种存储器称为串行访问存储器。

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4° 按在计算机中的作用分类

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2.存储器的层次结构

存储器有3个主要性能指标：速度、容量和每位价格（简称位价）。

一般来说，速度越高，位价就越高；容量越大，位价就越低，而且容量越大，速度必越低。

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实际上，存储系统体系结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个层次结构上

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缓存--主存层次
缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题

从CPU角度来看，缓存-主存这一层次的速度接近于缓存，高于主存；其容量和位价却接近于主存，这就从速度和成本的矛盾中获得了理想的解决办法

主存-辅存层次
主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题

主存-辅存这一层次，从整体分析，其速度接近于主存，容量接近于辅存，平均为假也接近于低速、廉价的辅存位价，这有解决了速度、容量、成本这三者的矛盾

从主存-辅存这一层次的不断发展中，逐渐形成了虚拟存储系统

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