计算机组成原理

一、存储器的分类:

 

计算机中的存储器种类繁多，大致可以从以下角度对存储器进行分类

 

1.按存储介质分：

 

①半导体存储器

 

1.静态存储器：以触发器原理存储信息，信息易失

 

2.动态存储器：以电容充斥原理存储信息

 

②磁表面存储器

 

利用磁层上不同方向的磁化区域存储信息，通过磁头和磁记录介质的相对运动完成读出和写入（如：IDE硬盘，SATA硬盘）

 

③光盘存储器

 

利用光斑的晶相变化存储信息，利用激光技术在光存储介质上写入和读出信息（如：CD-ROM只读型光盘 WORM一次写入型光盘 可重写型光盘）

 

2.按存取方式分：

 

①随机存储器（RAM和ROM）：

 

存储器中的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，按地址访问存储器中的单元，访问时间与地址无关。主要用做主存或高速缓冲存储器。

 

RAM：可读可写，如：SDR/DDR/DDR2-4

 

ROM：只读，信息一旦写入就固定不变了，即使断电，内容也不会丢失。因此通常用它存放固定不变的程序、常数、汉字字库

 

PROM可写入一次   EPROM可多次编程（紫外线擦除） EEPROM可多次写入（电擦除）

 

②串行存储器

 

对存储单元进行读/写操作时，按其物理位置的先后顺序寻址，包括顺序存储器和直接存储器

 

顺序存储器（SAM）：

 

访问时按顺序查找目标地址，访问时间与地址有关（如磁带，电影胶片）

 

直接存储器（DAM）：

 

存取信息时通常先寻找整个存储器中的某个小区域（如磁盘上的磁道），再在小区域内顺序查找

 

3.按存储内容可变性分：

 

只读存储器和随机读写存储器

 

4.按信息易失性分：

 

易失性存储器：断电后，存储信息即消失的存储器，如RAM

 

非易失性存储器：断电后，信息仍保持的存储器，如ROM、磁表面存储器和光存储器

 

5.按在系统中的作用分：

 

主存储器（内存）：用来存放计算机运行期间所需的大量程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和Cache以及外存交换数据。容量较小，存取速度快，单位成本较高

 

辅助存储器（外存）：用来存放暂时不用的数据和程序，以及一些需要永久性保存的信息，不能直接与CPU交换信息。容量较大，存取速度慢，单位成本较低

 

高速缓冲存储器（Cache）：位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们

 

 

二、存储器的层次结构:

为了解决存储系统容量、成本、速度之间的矛盾，在计算机系统中，通常采用多级存储器结构

 

 

 

注意以下几点：

 

①“Cache-主存”层次：主要解决CPU和主存速度不匹配的问题

 

“主存-外存”层次：主要解决存储系统的容量问题

 

②Cache、主存能与CPU直接交换信息

 

外存需要通过主存与CPU间接交换信息

 

③主存和Cache之间的数据调动是由硬件自动完成的，对所有程序员均透明

 

主存和外存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的，对应用程序员是透明的

 

④“主存-外存”层次的不断发展中逐渐形成了虚拟存储系统

 

 

 

三、存储器的性能指标

存储容量：存储容量 = 存储字数 × 字长，如1M × 8

 

存储字数表示存储器的地址空间大小，字长表示一次存取操作的数据量

 

设机器字长为64位，某存储器可寻址的单元个数为16M，若按字编制，求该存储器的存储容量：

 

64 bit = 8B

 

存储容量 = 16M × 8 = 128MB  

 

存取周期：存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立地访问存储器操作（读或写）之间所需的最小时间

 

对任何一种存储器，在读写操作之后，总要由一段恢复内部状态的复原时间，所以，存取周期 = 存取时间 + 恢复时间

 

存取速度：

 

数据传输率 = 数据宽度 / 存储周期，就是数据量 ÷ 时间

 

若某存储器存储周期为250ns，每次读出16bit，求该存储器的数据传输率：

 

16bit = 2B