计算机组成原理-主存储器

主存储器

主存的基本信息

主存储器的类型

按存取方式分类

随机存储器(RAM)

主要用于作为主存,寄存器,存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间和存储单元的位置无关

非易失性存储器(ROM)

一般用于辅助存储器,存储器的内容只能随机读出不能写入,信息一旦写入存储器就固定不变,即使断电,内容也不会丢失

串行访问存储器

对存储单元进行读/写操作时,需要根据其物理位置的先后顺序寻址

其中又可以细分为两类:

  1. 顺序存储存储器:磁带
  2. 直接存取存储器:磁盘

按在计算机中的作用分类

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。但是断电后会失去存储器中保存的数据。

辅助存储器

用来存放暂时不用的,或者一些需要永久性保存的数据。

高速缓冲存储器

简称Cache,位于主存和CPU之间,用来存放正在执行的程序段和数据。

存储器的技术指标

主存容量

主存的容量即:存储字数 * 字长

“字”的概念

计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字

存储速度

存储器存取时间

又称存储器访问时间,从启动一次存储器操作到完成该操作完成该操作所经历的时间

存储周期

指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间

主存带宽

主存带宽又称数据传输率,表示每秒从主存进出信息的最大数量

单位成本

每位价格 = 总成本/总容量

主存储器的基本操作

CPU和主存储器采用异步的工作方式,采用ready线中的信号来表示一个访问操作的结果

读的过程

  1. CPU给地址总线发送存储字地址,并给控制总线发送读请求
  2. CPU等待主存发来的回答信号
  3. 主存完成读操作后把读出的数据放到数据总线上,并通过ready线做出应答

写的过程

  1. CPU现将信息(数据,地址,命令)发到对应的总线
  2. CPU等待主存发来的回答信号
  3. 主存收到完成写入后,经ready线发回应

读/写存储器

SRAM

静态存储器,使用触发器保存信息,只要不断电信息则不会丢失

DRAM

DRAM是动态存储器,使用MOS电容来保存信息,需要不断给电容充电

数据的再生

刷新的原理

动态存储器采用“读出的方式进行刷新”,读出的过程就是再生的过程

刷新周期

从上一次对整个存储器刷新开始到本次对整个存储器刷新开始的时间

刷新的方法
集中刷新

利用一段固定的时间,对所有存储器进行依次刷新,但是此种刷新方法存在较长时间的死区

死区:这段时间内不能对存储器进行读写

分散刷新

在每一次工作周期中使用一定时间进行刷新,将每一次工作周期分为两部分,一部分用来读写,一部分用来刷新

没有死区,但是加长了系统的存取周期,降低了整机的速度

异步刷新

将刷新周期处以行数,得到两次刷新操作时间的时间间隔t,利用逻辑电路每t秒进行刷新

刷新时间的计算方法

参考博客:https://www.cnblogs.com/zhemeshenqi/p/12522942.html

假设有一个128*128的存储器,假设访问一次的时间为0.5微秒

其集中刷新的死区时间为:128 * 0.5 微秒

其分散刷新时间为,128 * 1 微秒

其异步刷新间隔时间为:2ms/128 = 15.6 微秒

DRAM和SRAM的比较

特点\类型SRAMDRAM
存储信息触发器电容
破坏性读出
需要刷新不用需要
送行列地址同时送分两次送
运行速度较快较慢
集成度
发热量(功耗)
存储成本
主要用途高速缓存主机内存

存储器的容量扩展

位扩展

将存储器的地址,片选信号,读写控制端并联

将数据端引出

1.png

字扩展

将各芯片的地址线,数据线和读写控制端并联

使用逻辑电路选择地址信号的高位N位,控制片选信号

2.png

只读存储器

特点

  1. 结构简单,位密度比可读写存储器的高
  2. 具有非易失性,可靠性高

分类

  1. 掩模式只读存储器:写入后无法改变
  2. 一次可编程只读存储器:一旦写入,无法改变
  3. 可擦除可编程只读存储器:可写入,可擦除,写入次数有限
  4. 闪存存储器:可以在不加电的情况存储,并多次擦除重写
  5. 固态硬盘

多媒体交叉存储器

将大容量的主存可由多个存储体组成,每个存储体都有自己的读写线路

模M交叉编制

在M个模块的交叉编址成为 模M交叉编址

特点

  1. 连续的地址分布在不同的存储模块
  2. 提高了主存的有效访问速度

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