第四章 存储器解析

存储器的工作原理1、存储器构造存储器就是用来存放数据的地方。

它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。

图2图3让我们看图2。

这是一个存储器的示意图：一个存储器就像一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就像是水，那就好理解了。

存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。

有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看图3）。

可是问题出来了，看图2，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因此，要在结构上稍作变化，看图2，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就给一个信号这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果要某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。

2、存储器译码那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单，把每个单元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚？不行，怎么办？要想法减少线的数量。

我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表2种状态，2根线可以代表4种状态，3根线可以代表几种，256种状态又需要几根线代表？8种，8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就可以代表了。

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。

但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。

(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。

1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。

物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。

第四章存储系统4.1概述4.1.1技术指标4.1.2层次结构4.1.3存储器分类存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。

一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，均可以存储一位二进制代码。

这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。

由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。

根据存储材料的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法。

(1)按存储介质分作为存储介质的基本要求，必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。

另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。

目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料。

用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。

用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。

(2)按存取方式分如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关，这种存储器称为随机存储器。

半导体存储器是随机存储器。

如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。

如磁带存储器就是顺序存储器，它的存取周期较长。

磁盘存储器是半顺序存储器。

(3)按存储器的读写功能分有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器称为只读存储器(ROM)。

既能读出又能写人的半导体存储器，称为随机读写存储器(RAM)。

(4)按信息的可保存性分断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。

断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器。

磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写4.2 半导体随机读写存储器主存储器由半导体存储芯片构成，容量较小时可采用SRAM芯片，容量较大时一般采用DRAM芯片。

主存中的固化区采用ROM芯片，包括PROM、EPROM、EEPROM、等。

存储器的工作原理引言：存储器是计算机系统中的重要组成部分，它用于存储和检索数据。

了解存储器的工作原理对于理解计算机的运作方式至关重要。

本文将详细介绍存储器的工作原理，包括存储器的类型、数据的存储方式以及存储器的读写操作。

一、存储器的类型存储器可以分为主存储器和辅助存储器两种类型。

主存储器是计算机中用于存储正在执行的程序和数据的地方，它通常是易失性的，即断电后数据会丢失。

辅助存储器则用于长期存储数据，例如硬盘、光盘和闪存等。

主存储器又可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM是一种易失性存储器，它可以随机读写数据。

ROM则是一种只读存储器，其中存储的数据在断电后仍然保持不变。

二、数据的存储方式存储器中的数据以二进制形式存储。

计算机将数据分为字节（Byte）进行存储，一个字节由8个二进制位组成。

字节是存储器中最小的可寻址单元，每个字节都有一个唯一的地址。

存储器中的数据可以按照不同的存储方式进行组织。

最常见的存储方式是字节存储和字存储。

在字节存储方式下，每个字节都有一个唯一的地址，可以单独进行读写操作。

而在字存储方式下，多个字节被组合成一个字，每个字都有一个唯一的地址。

三、存储器的读写操作存储器的读写操作是计算机系统中的基本操作之一。

在读操作中，计算机根据地址从存储器中读取数据，并将其传输到CPU中进行处理。

在写操作中，计算机将数据从CPU传输到存储器中的指定地址。

存储器的读写操作可以分为两种方式：顺序访问和随机访问。

顺序访问是指按照存储器中数据的物理顺序进行读写操作，而随机访问则是根据指定的地址进行读写操作。

存储器的读写速度是计算机性能的重要指标之一。

存储器的读写速度受到多种因素的影响，包括存储器的类型、总线的带宽以及CPU和存储器之间的通信速度等。

四、存储器的层次结构为了提高存储器的读写速度和容量，计算机系统通常采用存储器的层次结构。

存储器的层次结构包括多级缓存和主存储器。

多级缓存是位于CPU内部的高速存储器，用于暂时存储CPU频繁访问的数据。

第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：静态半导体随机存取存储器。

DRAM：动态半导体随机存取存储器。

ROM：掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入容，以后只能读出而不能写入。

PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入容，只能写入一次。

EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改容时，现将其全部容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：电擦写可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘。

Flash Memory：闪速存储器。

或称快擦型存储器。

2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。

按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。

3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：静态半导体随机存取存储器。

DRAM：动态半导体随机存取存储器。

ROM：掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。

PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。

EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：电擦写可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘。

Flash Memory：闪速存储器。

或称快擦型存储器。

2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。

按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。

3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

存储器的工作原理一、引言存储器是计算机系统中重要的组成部份，用于存储和读取数据。

本文将详细介绍存储器的工作原理，包括存储器的分类、存储单元的结构、数据的存储和读取过程等内容。

二、存储器的分类存储器可以分为主存储器和辅助存储器两大类。

主存储器是计算机中直接与CPU进行数据交换的存储器，常见的有随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

辅助存储器则是用于长期存储数据的设备，如硬盘、光盘和闪存等。

三、存储单元的结构存储器的最小存储单元是位（bit），表示一个二进制数0或者1。

多个位组合成字节（byte），通常是8位。

存储器根据存取方式的不同，可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

1. 随机存取存储器（RAM）RAM是一种易失性存储器，它可以随机访问任意存储单元。

常见的RAM有动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。

DRAM使用电容来存储数据，需要周期性刷新以保持数据的有效性；SRAM则使用触发器来存储数据，不需要刷新。

RAM的读写速度快，但数据在断电后会丢失。

2. 只读存储器（ROM）ROM是一种非易失性存储器，它的数据是在创造时被写入的，无法被修改。

常见的ROM有只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）和电可擦除可编程只读存储器（EPROM）。

ROM的数据在断电后依然保持有效，适合存储固定的程序代码和数据。

四、数据的存储和读取过程存储器的数据存储和读取过程可以分为写入和读取两个阶段。

1. 写入过程当CPU需要将数据写入存储器时，首先将数据和地址发送给存储器控制器。

控制器根据地址确定要写入的存储单元，并将数据写入相应的位置。

写入过程通常包括地址译码、数据传送和写入操作。

2. 读取过程当CPU需要从存储器中读取数据时，首先将要读取的地址发送给存储器控制器。

控制器根据地址确定要读取的存储单元，并将数据从存储单元传送给CPU。

读取过程通常包括地址译码、数据传送和读取操作。

存储器的工作原理1. 引言存储器是计算机系统中的重要组成部分，用于存储和检索数据。

本文将详细介绍存储器的工作原理，包括存储器的分类、存储单元的组成、数据的存储和检索过程等内容。

2. 存储器的分类存储器可以分为主存储器和辅助存储器两种类型。

主存储器是计算机系统中用于存储正在运行的程序和数据的地方，通常包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

辅助存储器则用于长期存储数据，包括硬盘驱动器、光盘和闪存等。

3. 存储单元的组成存储器由一系列存储单元组成，每个存储单元可以存储一个固定大小的数据。

存储单元通常由触发器构成，触发器可以存储一个二进制位（0或1）。

多个存储单元可以组合成一个字节，字节是计算机中最小的可寻址单元。

4. 数据的存储过程当计算机需要存储数据时，首先将数据转换为二进制形式。

然后，计算机通过地址总线将数据的地址发送给存储器。

存储器根据地址选择相应的存储单元，并将数据写入该单元。

写入过程是通过数据总线实现的。

写入完成后，存储器会返回一个确认信号。

5. 数据的检索过程当计算机需要检索存储器中的数据时，首先将数据的地址发送给存储器。

存储器根据地址选择相应的存储单元，并将存储单元中的数据通过数据总线发送给计算机。

计算机接收到数据后进行相应的处理。

6. 存储器的速度和容量存储器的速度和容量是评估存储器性能的重要指标。

速度通常以存取时间来衡量，即从发出存储请求到数据可用的时间。

容量则表示存储器可以存储的数据量，通常以字节为单位。

7. 存储器的层次结构为了提高计算机系统的性能，存储器通常以层次结构的形式组织。

层次结构中，速度较快但容量较小的存储器位于顶层，速度较慢但容量较大的存储器位于底层。

计算机系统根据需要将数据从底层存储器移动到顶层存储器，以提高数据的访问速度。

8. 存储器的容错性存储器的容错性是指存储器在出现故障时的恢复能力。

为了提高容错性，存储器通常采用冗余存储技术，例如奇偶校验码和纠错码等。

计算机组成原理第四章存储系统4.8 相联存储器
1相联存储器的作用
⏹判断CPU要访问的内容是否在Cache 中
⏹判断依据？
主存地址（冯诺依曼结构计算机的工作原理）
主存地址整体参加吗？
2判断的基本思路
根据不同规则抽取主存地址的部分内容作为查找的判据
数据结构课程中学过多种算法:顺序、二分查找等如何实现快速查找?
使用相联存储器，通过硬件并发查找
3相联存储器的基本结构及工作原理
多路并发比较线路写译码读选择电路代码寄存器value 符合寄存器…
…
……
1
2
m 3检索寄存器屏蔽寄存器
存储体∙从地址中剥离出Key ∙以Key 为关键字全局硬件并发比较∙存储体存放有效位、标记、数据等信息∙符合寄存器存放Cahce 命中行信息∙根据符合寄存器的信息取出命中行的数据
key
4相联存储器的一种技术实现有效位TAG Tag offset 1主存地址
0Hit/miss 010000
0多路并发比
较电
路
工程观1111011010011…1111Cache 数据存储体01230123
字输出比较结果字选择MUX。