6、计算机内存与存储全解析

计算机内存与存储全解析

1. 计算机内存基础

在计算机系统中，MDR（内存数据寄存器）是一个双向寄存器，具备输入和输出功能；而MAR（内存地址寄存器）是单向寄存器，始终向外发送信号。计算机的内存容量和地址宽度密切相关。对于地址宽度为k位的计算机，其内存地址总数M = 2^k，这也是计算机系统中可能的总内存量。
| 处理器位数 | 可能的内存总量 |
| ---- | ---- |
| 8位 | 2^8 = 256 |
| 16位 | 2^16 = 65536 (64k) |
| 32位 | 2^32 = 2^2 × 2^10 × 2^10 × 2^10 ≈ 4 × 10^9 ，约4G |
| 64位（52物理地址位） | 2^52 = 2^2 × 2^10 × 2^10 GB = 2^2 × 2^10 TB = 4 PB |

现代计算机通常使用随机存取存储器（RAM）作为主内存。其中，动态随机存取存储器（DRAM）在个人计算机中最为常见，因为它价格便宜，功耗低且可高度集成，但需要定期刷新以防止数据丢失。静态随机存取存储器（SRAM）速度比DRAM快，但集成度低且价格较高，常用于服务器或特殊的高速计算机。

2. 缓存内存（Cache Memory）

寄存器是一种特殊类型的内存，速度极快，但数量非常有限；而内存（RAM）相对寄存器价格便宜，可大量集成且易于访问，但速度较慢。为了弥补这一速度差距，出现了缓存内存。缓存是位于处理器和主内存之间的少量高速内存，用于弥合CPU和主内存之间的速度差异。

缓存内存的工作机制是从主内存中预取数据，当处理器需要这些数据时能方便获取。如果预测准确，处