存储系统(一)

存储系统的层次结构

• 基本的存储系统
  由存储程序和程序控制组成，分别对应主存和CPU。
  输入设备将数据与程序写入主存——>CPU取指令——>CPU执行指令期间读数据——>CPU写回运算结果——>输出设备输出结果.

• 存储系统的层次化结构
  

• 存储程序层次化的局部性
  时间局部性：就是一个信息可能先后多次访问，体现在循环结构中；
  空间局部性：访问一个信息周围的信息，体现在层次结构中。

主存中的数据组织

存储字长

• 存储字长是一个存储单元中所包含的二进制位数。
• 大多数计算机的主存按字节编址，存储字长有16位、32位、64位等

数据存储与边界关系

• 按边界对齐的数据存储
  不同数据类型的首地址应该是所占据空间的整数倍，会造成空间浪费；
• 未按边界对齐的数据存储
  不同数据挨着存储，节省空间但增加了访问的次数。

大端存储与小端存储

• 大端存储：最高字节地址作为数据存储的起始地址
• 小端存储：最低字节地址作为数据存储的起始地址
  大端存储：大端模式，是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放。小端存储：小端模式，是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。

静态存储器的工作原理

SRAM存储单元结构

• 工作管：T1、T2，保存数据

• 负载管：T3、T4，补充电荷

• 门控管：T5、T6、T7、T8
  X选通时，T5、T6导通，A与位线相连
  Y选通时，T7、T8导通，A与I/O相连

• 写过程
  X、Y选通时，A与I/O和位线导通，B与I/O非和位线相连，如果I/O=1，则A点是高电平，使T4导通，B与地相连，为低电平；写0时与此类似。

• 读过程
  X、Y选通，根据I/O和I/O非电流的流向判断读出的是0还是1。

• 保持
  X、Y撤掉，由VDD提供电压，保持稳定互锁状态。

静态存储器的结构

单译码结构可以访问2ⁿ个存储单元，需要2ⁿ根译码线
双译码结构可以访问2ⁿ个存储单元，需要2^(n/2)+1根译码线。

动态存储器

• 动态存储单元
  

• 读操作
  Y选通，I/O输入到位线，X选通，与电容连通，也就是通过电容的充放电实现互锁。

• 写操作
  首先给预充电通电，使两个Cd充电，然后X选通，右边的电容给C1放电，左边的电容给C2充电，使状态保持；然后Y地址选通，左边的电容还没放完电，所以在左右两边存在电势差，根据电流的流向判断输出的是1还是0.

• 保持操作
  X和Y信号撤离，电容中有电，可以保持状态的互锁。

• 刷新操作
  由于电容的电量有限，保持的时间很短，需要进行刷新保持状态。

先预充电，使左右两边的电容有电，然后X选通，就和上边写操作第一步一样了，不过不需要Y选通，就是不用读出数据，只需使状态保持。

• 刷新周期：两次刷新操作之间的时间间隔。刷新时按行刷新。
• 刷新地址由刷新地址计数器给出。
• 刷新方式：
  集中刷新：所有存储单元都访问过后一起刷新，平均的读写时间短，但读写存在延迟。
  分散刷新：读写一次刷新一次，平均读写时间扩大二倍。
  异步刷新：将刷新周期平均分为存储单元行数个，每读写一行刷新一行，平均读写时间和集中刷新一样。

此外，动态存储芯片的行和列线分开，用于刷新时选用。地址线也复用做选片的线。