【计算机组成原理/习题+笔记】第四章 存储器（上）

一、概论

1.1存储器分类

1.按存储介质分类（注意易失性）

（1）半导体存储器  TTL晶体管、MOS管、主存、cache 易失

（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.按信息的可保存性

易失性存储器：通电的时候01保存，断电即丢失——主存，cache

非易失性存储器：断电后存储信息依然保持——磁盘，光盘

3.按存取方式分类

（随机访问）

（1）随机存取存储器RAM读写任何一个存储单元的用时都是相同的，与存取单元所在的物理位置无关

随机存储器  在程序的执行过程中可读可写

只读存储器  在程序的执行过程中只读

（串行访问）

（2）顺序存储存储器SAM读写一个存储单元所需时间取决于该存储单元的物理位置  磁带

（3）直接存取存储器DAM  磁盘

先直接选取信息所在区域，再按顺序存取。速度介于随机存取存储器和顺序存储存储器之间

4.按在计算机中的作用分类

1.2存储器的层次结构

1.存储器三个主要特性的关系

CPU中也有缓存

存储器三个主要指标：速度、容量、价格。速度越快价格越高；容量越大，价格越低，速度也更慢。

2.缓存——主存层次和主存——辅存层次

CPU和缓存、主存能交换信息；缓存和CPU、主存能交换信息；主存和CPU、缓存、辅存能交换信息。

缓存-主存层次解决了CPU和主存间的速度差异问题。由于缓存速度比主存快，只要将CPU近期要用的信息调入缓存，CPU便可以直接从缓存中获取信息，提高访存速度。但缓存容量小，需要不断的将主存内容调入，这一过程是硬件实现的，对程序员透明。

主存—辅存层次解决了主存容量不够的问题。辅存的速度低于主存，但容量比主存大得多，存储着暂时未用到的信息。当CPU需要使用这些信息时，再调入主存，供CPU直接访问。这一过程由硬件和操作系统共同实现。

辅存中的数据要调入主存中才能被CPU访问

没保存的时候，数据存在主存里（比如ctrl c）是易失的

二、主存储器

2.1概述

1.主存的基本组成

以下是对一个主存存储芯片的抽象（主存使用DRAM，所以图中为栅极电容）

控制电路的意义：当地址线中的信号稳定后才能送入译码器。

MAR经过译码驱动才能找到要访问的单元；存储体经过读写电路才能和MDR交互

2.主存和CPU的联系

译码驱动器和读写电路制作在主存中，而MAR和MDR制作在CPU芯片内

3.主存中存储单元地址的分配

地址：地址编号小的是低地址，地址编号大的是高地址

数据：靠右的是低位，靠左的是高位

小端存储：低位对应低地址，高位对应高地址

大端存储：高位字节存在低地址，低位字节存在高地址（字节越靠左位越高）

例：12345678H 的存储

假定每个字含4个字节，其中编号高的字节为高位字节；2整个字的地址用最低地址表示

12345678H是一个字（一行一个字），两个数字是一个字节

大端存储：

小端存储：

注意：每个存储单元内部不需要调换顺序

设地址线 24 根   按字节寻址 2^24=16M

若字长为 16 位   按字寻址   8MW，字长增加一倍，行数减少一半

若字长为 32 位   按字寻址   4MW

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，存储字数*字长，如（1M*8位）

（2）存储速度

存取时间  又称为存储器的访问时间，指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间；分为读出时间、写入时间

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。读/写的平均值，因为写一般较慢。

存取周期大于存取时间，因为存取后还有恢复时间