学习笔记——计组—存储器基础知识

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-05-22 06:57 116阅读 0赞

### 一、概述 ###

**1.分类**

**按存储介质分类**：

![20200416183152332.png][]

**按存取方式分类**：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

1)随机存储器（Random Access Memory，RAM）：可读可写的存储器，可随机存取，存取时间与存储单元位置无关。

又分为静态RAM（以触发器原理寄存信息）和动态RAM（以电容充放电原理寄存信息）。

2)只读存储器（Read Only Memory，ROM）：能读不能写。包括掩模型只读存储器（Masked ROM，MROM）、可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM，EPROM）、用电可擦除可编程只读存储器（Electrically EPROM，EEPROM）。

3)串行访问存储器：磁盘、磁带等。

**按在计算机中的作用分类：**

分为：主存、辅存和缓存。

主存：可以和CPU直接交换信息；

辅存：主存的后备军，存放暂时不用的程序和数据，不能和CPU直接交换信息；

缓存：用在两部不同速度的部件中。

**2.层次结构**

![20200416191513116.png][]

存储系统层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。显然，CPU与主存、缓存能直接交换信息；缓存能直接和CPU、主存交换信息；主存可以与CPU、缓存、辅存交换信息。

![20200418195125591.png][]

缓存-主存主要用于解决CPU和主存速度不匹配问题。数据调动由硬件自动完成，对程序员透明。

主存-辅存主要解决存储系统容量问题。数据调动由硬件和操作系统共同完成。后来又形成了虚拟存储系统，虚实地址之间转换问题。

### 二、主存储器 ###

**1.基本组成**

主存由存储体、MAR和MDR组成。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

现代计算机的主存由半导体集成电路组成。驱动器、译码器和读写电路均制作在存储芯片内，而MAR和MDR制作在CPU芯片内。存储芯片和CPU芯片可通过总线连接。

![20200418200750661.png][]

当要从主存中读出某一信息字时，首先由CPU将该字地址送到MAR，经地址总线送到主存，然后发出读命令。主存接到读命令之后，得知需要将该地址单元的内容读出，便完成读操作，将该单元的内容读至数据总线上，至于该信息由MDR送到什么地方，由CPU决定。若要向主存存入一个信息字时，首先CPU将该字所在主存单元的地址经MAR送到地址总线，并将该信息字送入MDR，然后向主存发出写命令，主存接到写命令后，便将数据线上的信息写入到对应地址线指出的主存单元中。

**2.主存中存储单元的分配**

分为大端方式和小端方式。内存中按字节编址。一个字节占8位，即两个十六进制位，如12H。计算机中左边为高。

大端方式：高字节放在低地址内；小端方式：低字节放在低地址内。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

上图中，24根地址线，按字节寻址范围为16M，因为2的20次方为1M，2的4次方为16，按字节寻址说明，一个地址有1B。

若一个字为2B，即16位，所以24根地址线，按字寻址范围为8M；若一个字为4B，即32位，则为4M。

注意：地址范围不能用字节(B)表示，上图中，后面的B和W为单位，表示寻址方式，即存储单位。

**3.主存的技术指标**

（1）存储容量：存放二进制代码的位数，即存储容量=存储单元个数\*存储字长，单位为：bit，即位。

（2）存储速度：由存取时间和存取周期来表示的。

存取时间：又称为存储器的访问时间，指启动一次存储操作（读或写）到完成该操作所需的时间。分为读出和写入时间。分别指从接收到有效地址，到读出或写入的全部时间。

存取周期：指存储器进行连续两次独立的存储操作（如连续两次读操作）所需的最小间隔时间。通常存取周期大于存取时间。因为存取周期=存取时间+恢复时间。

### 三、半导体存储芯片 ###

**1.存储芯片的基本结构**

![20200418211734868.png][]![20200418211929424.png][]

芯片内由具有记忆功能的存储矩阵、译码驱动电路和读/写电路等构成。其中：

![20200418212131600.png][]

地址线单向传输，数据线双向传输，共同决定存储芯片的容量。如地址线为10根，数据线为4根，则芯片容量为2的十次方\*4=4K位。

控制线有读/写控制线和片选线两种。读/写控制线决定芯片进行读/写操作，片选线用来选择存储芯片。读/写控制线可由一或两根组成。64K\*8位的存储器可由32片16K\*1位的存储芯片组成，其中选择8片16K\*1位的芯片构成1个16K\*8位的芯片，然后选4组就构成一个64K\*8位的芯片，每读一个字时，选择8片，因为数据线为8位。片选信号决定选择的哪一组，比如地址为65535，由片选信号选择最后一组。

![20200418213329471.png][]

**2.半导体存储芯片的译码驱动方式**

**（1）线选法**

下图为2的四次方\*8=16\*8字节的存储芯片示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

如当地址线A3A2A1A0为1111时，则第15根线被选中，下面8位线便可直接读出或写入。

缺点：当1M的存储单元时，地址线需要20根，但字线需要2的20次方根，存储体内字线数目众多。

**（2）重合法**

下图为1K\*1位冲重合法结构示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

X和Y两个方向各32根线，即可选择32\*32矩阵中的任一位。如当地址线全为0时，译码输出X0和Y0有效，矩阵中第0行、第0列共同选中的那位即被选中。当欲构成1K\*1字节的存储器时，用8片即可。

[20200416183152332.png]: /images/20230521/d6e49f368ebc4011ae72095b667197a4.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230521/02cfcf3c714c4b81a9029840a12992d8.png
[20200416191513116.png]: /images/20230521/5422f343c2374fcb9d5a06dbaaff4f12.png
[20200418195125591.png]: /images/20230521/777e8a8811d24ad8b35a0e9156dd8c2d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230521/359cf21f4f4f4771808b7fb71a5f4ae9.png
[20200418200750661.png]: /images/20230521/5f43613ac2dd469192a131f9aa9c5ebf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230521/4380cdb7923840d6bade862704ea2791.png
[20200418211734868.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200418211734868.png
[20200418211929424.png]: /images/20230521/27a68696495947d385967b37991cb173.png
[20200418212131600.png]: /images/20230521/a3a337b92f5f484a92e163a307343536.png
[20200418213329471.png]: /images/20230521/43244628e3c44b1aa1b25297e57a63ab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230521/a3b94b59b5204c80a12be4ee2279c0fc.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xZXzYyNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230521/8d53088c30a7424db3c2498fa415e4f8.png