存储器的概念

存储的核心概念存储是计算机系统中的一个重要组成部分，用于存储和管理数据和程序。

它允许计算机在执行指令和处理数据时进行读写操作，并且可以长期保存数据以供以后使用。

存储的核心概念包括存储层次结构、存储器层次、主存储器和辅助存储器。

一、存储层次结构计算机中的存储层次结构是根据存取速度和容量来划分的，它分为多个层次，每个层次都有自己的特点和功能。

存储层次结构从上到下分为：寄存器、高速缓存、主存储器、辅助存储器。

下面我将逐一介绍这些层次。

1. 寄存器：寄存器是存储器层次结构中最接近CPU 的一层，也是最快的一层。

它用于存放CPU 需要立即访问的数据和指令。

寄存器的容量很小，一般只有几十个字节，但是它的读写速度非常快，能够满足CPU 对数据和指令的高速处理需求。

2. 高速缓存：高速缓存是位于CPU 和主存储器之间的一层存储器，作为主存储器和寄存器之间的缓冲区，用于加速CPU 对数据和指令的访问。

高速缓存的容量比寄存器大，但比主存储器小，一般几十到几百个千字节。

它的读写速度比主存储器快，但比寄存器慢。

它通过缓存一部分主存储器中的数据和指令，提高了CPU 对存储器的访问效率。

3. 主存储器：主存储器（也叫内存）是计算机系统中最重要的存储器，用于存放程序和数据。

它的容量比高速缓存大，一般几十到几百个千兆字节。

主存储器的读写速度比高速缓存慢，但比辅助存储器快。

它能够提供给CPU 进行读写操作。

4. 辅助存储器：辅助存储器（也叫外存）是计算机系统中最大的存储器，负责长期保存数据和程序。

它的容量比主存储器大，可以达到几百个千兆字节或者更大。

辅助存储器的读写速度比主存储器慢，但它具有永久存储的特点，即使计算机断电，数据也不会丢失。

以上是存储层次结构中的几个层次，不同层次的存储器在容量、读写速度、价格等方面都有所不同，通过合理地利用这些存储器，可以提高计算机系统的性能和效率。

二、存储器层次存储器层次是指存储器在层次结构中的位置和关系。

计算机领域的存储概念计算机领域的存储概念•存储是计算机系统中用于保存和读取数据的设备或介质。

•在计算机领域，存储一般分为主存储器和辅助存储器两种。

主存储器•主存储器是计算机系统中用于暂时存储程序和数据的地方，也被称为内存。

•内存的容量通常以字节为单位，常见的单位包括KB、MB、GB和TB。

•内存的读写速度非常快，但是数据在断电后会丢失。

辅助存储器•辅助存储器用于长期保存数据和程序，并且数据不会因断电而丢失。

•常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、固态硬盘、光盘、U盘等。

•辅助存储器的容量通常比主存储器大，但读写速度较慢。

存储设备•存储设备是指计算机中用于存储数据的物理设备。

•常见的存储设备有硬盘、固态硬盘、磁带等。

•不同的存储设备有着不同的读写速度、容量和稳定性。

存储技术•存储技术是指计算机中用于实现存储功能的技术手段。

•常见的存储技术包括磁性存储技术、固态存储技术等。

•不同的存储技术有着不同的工作原理和特点。

存储管理•存储管理是指计算机系统中对存储资源进行有效管理的过程。

•存储管理的目标是提高存储资源的利用率和性能。

•存储管理涉及到内存分配、文件系统、页面置换算法等方面。

存储发展趋势•存储容量越来越大，性能也在不断提升。

•辅助存储器的容量和速度不断增加，取代了传统的磁带存储。

•固态存储技术的发展使得存储速度大幅提升。

以上是关于计算机领域存储的简要介绍，存储作为计算机系统中重要的组成部分，对计算机的性能和效率有着重要的影响。

通过不断地研发和创新，存储技术将会继续提升，满足人们对于存储容量和速度的需求。

一、实验目的1. 理解存储器的基本概念和原理；2. 掌握存储器的设计与实现方法；3. 熟悉头歌存储器实验平台的操作和功能；4. 提高动手实践能力和创新意识。

二、实验背景随着计算机技术的发展，存储器在计算机系统中的地位越来越重要。

存储器主要负责数据的存储和读取，其性能直接影响到计算机系统的运行速度和稳定性。

头歌存储器实验平台是一款基于Logisim仿真软件的存储器实验平台，通过该平台可以学习和实践存储器的设计与实现。

三、实验原理1. 存储器的基本概念：存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的设备，按照存储方式可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM具有读写速度快、容量可扩展等特点，适用于计算机系统中的数据缓存；ROM具有存储容量有限、数据只能读出不能写入等特点，适用于存储系统固件、启动程序等。

2. 存储器的工作原理：存储器通过地址译码器将地址空间划分为若干个存储单元，每个存储单元具有唯一的地址。

当CPU向存储器发送地址信号时，地址译码器根据地址信号选择对应的存储单元，然后通过数据总线进行数据的读写操作。

3. 存储器的设计与实现：存储器的设计主要包括存储单元的设计、地址译码器的设计、数据总线的设计等。

存储单元通常采用静态随机存储器（SRAM）或动态随机存储器（DRAM）技术；地址译码器采用译码器或查找表（LUT）实现；数据总线采用三态门实现。

四、实验内容1. 存储器模块的设计与实现：根据实验要求，设计一个具有256个存储单元的RAM模块，每个存储单元容量为8位。

采用SRAM技术实现存储单元，地址译码器采用译码器实现，数据总线采用三态门实现。

2. 存储器模块的测试：使用Logisim仿真软件对设计的存储器模块进行测试，验证存储器模块的功能是否正常。

3. 存储器模块的扩展：根据实验要求，扩展存储器模块的容量为1024个存储单元，每个存储单元容量为8位。

在原有基础上进行扩展，确保存储器模块的功能和性能。

了解电脑内存和存储器的区别电脑内存和存储器是我们日常使用电脑时经常听到的两个名词，它们在电脑中扮演着重要角色。

然而，很多人却对它们的区别并不清楚。

今天，我将为大家解析电脑内存和存储器的区别，让我们更深入地了解它们。

一、内存是电脑的瞬时记忆，存储器是电脑的永久记忆首先，我们来了解内存和存储器的概念。

内存是指电脑用于存储数据和程序的地方，是电脑的瞬时记忆，也被称为RAM（Random Access Memory）。

内存的特点是读写速度快，但是数据不稳定。

当电脑关闭时，内存中的数据会被清空，所以它被称为瞬时记忆。

而存储器则是电脑的永久记忆，也被称为硬盘或固态硬盘。

存储器的特点是读写速度相对较慢，但是数据是稳定存储的。

即使电脑关闭，存储器中的数据也不会丢失，所以它被称为永久记忆。

二、内存和存储器的作用不同内存和存储器虽然都是用来存储电脑数据的，但是它们的作用却不同。

内存主要用于存储电脑运行时所需的数据和程序。

当我们打开一个软件或者进行一项任务时，电脑会将相关的数据和程序加载到内存中进行处理。

内存的大小直接影响到电脑的运行速度和性能，较大的内存能够提高电脑的反应速度，让我们的使用更加流畅。

而存储器主要用于长期存储电脑的数据，如文件、照片、视频等。

我们保存的各种文件都存储在电脑的存储器中，它们可以长期保存，直到我们手动删除。

存储器的大小直接决定了我们可以存储多少数据，较大的存储器能够容纳更多的文件，不用担心容量不足的问题。

三、内存和存储器的协同工作内存和存储器在电脑中是相互协同工作的。

当我们打开一个软件时，电脑会将软件及相关数据和程序加载到内存中进行处理。

在运行过程中，如果内存不足，电脑会将部分数据和程序写入存储器中进行临时存储，以释放内存空间。

当需要使用这些数据和程序时，电脑会将其从存储器中读取到内存中，并进行相应的处理。

因此，内存和存储器的大小都对电脑的性能产生影响。

较大的内存可以提高电脑的运行速度和性能，较大的存储器则可以容纳更多的数据和文件。

存储器的基本概念及分类
存储器（Memory）是计算机中用于存储和读取数据的一种硬件设备，是数据和程序的载体。

存储器分为内存和外存，其中内存又可分为读写存储器和只读存储器。

1. 读写存储器（RAM）
读写存储器（Random Access Memory，RAM）是计算机中内存的一种，能够进行随机读写操作，数据可被任意读取。

RAM分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）两类。

- 静态随机存取存储器（SRAM）：采用Flip-Flop触发器存储数据，速度快，但容量小。

- 动态随机存取存储器（DRAM）：采用电容存储数据，速度慢，但容量大，常用于主存储器。

2. 只读存储器（ROM）
只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是计算机中用于存放固定数据和程序的一种存储器，数据无法被改变。

ROM分为可编程只读存储器（PROM）、擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和闪存等。

- 可编程只读存储器（PROM）：可以根据需要编程，但只能进行一次，不可擦除重写。

- 擦除可编程只读存储器（EPROM）：需要使用紫外线灯进行擦除，可以被重新编程，但擦除次数有限。

- 电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）：可以通过电信号进行擦除，可重复擦写。

- 闪存：一种快速可擦写非易失性存储器，常用于存储固件和操作系统。

3. 外部存储器
外部存储器（External Storage）用于长时间存放数据，分为磁盘存储器、光盘存储器、固态硬盘等。

它们的特点是容量大，但读写速度较内存慢。

常用于备份数据、扩展存储等方面。

计算机的存储原理是什么计算机的存储原理是通过使用不同的存储介质和技术，将数据和程序保存在计算机系统中，以便随时读取和修改。

存储原理主要涉及两个概念：存储器和存储单元。

1. 存储器：存储器是计算机用于存储数据和指令的硬件设备。

按照存取速度、容量和价格等性能指标的不同，存储器可以分为主存储器和辅助存储器。

- 主存储器：也称为内存，是计算机中用于保存当前正在执行的程序和数据的存储空间。

主存储器是计算机处理器可以直接访问的部分，访问速度很快。

主存储器的容量通常以字节为单位进行计量，常见的单位有KB、MB、GB和TB。

常见的主存储器技术包括DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM （静态随机存取存储器）等。

- 辅助存储器：也称为外存，用于长期保存数据和程序。

与主存储器相比，辅助存储器的容量更大，但访问速度较慢。

常见的辅助存储器介质包括硬盘、光盘、磁带等。

2. 存储单元：存储单元是存储器的基本单元，用于存储一个字节的数据。

每个存储单元都有其唯一的地址，通过地址可以访问其中存储的数据。

计算机中的存储单元按照存储介质的不同可以分为两种类型，即固态存储器（如集成电路芯片）和磁存储器（如磁盘和磁带）。

存储原理的实现需要通过硬件电路和控制信号进行操作，包括读取和写入数据。

计算机的指令和数据以二进制形式存储，每个存储单元可以存储一个二进制位，多个存储单元组成一个字节。

计算机通过地址总线将要读取或写入的存储单元的地址传递给存储器控制器，控制器根据地址选择对应的存储单元，并将数据传递给处理器或从处理器接收数据。

总之，计算机的存储原理是通过不同的存储器和存储单元，将数据和程序存储在计算机系统中，以供计算机进行读取、写入和修改。

存储原理关乎计算机的性能、容量和稳定性等重要因素，对于计算机的运行具有重要意义。

计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。

常见存储器概念辨析：RAM，SRAM、SDRAM、MRAM,FRAM。

ROM，EPROM、EEPROM、Flash存储器可以分为很多种类，其中根据掉电数据是否丢失可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM （只读存储器），其中RAM的访问速度比较快，但掉电后数据会丢失，而ROM掉电后数据不会丢失。

ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM是Read Only Memory的缩写，RAM是Random Access Memory的缩写。

ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM 通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。

RAM 又可分为SRAM（Static RAM/静态存储器）和DRAM（Dynamic RAM/动态存储器）。

SRAM 是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。

DRAM是利用MOS（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必须通过不停的给电容充电来维持信息，所以DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。

SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。

DRAM 保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

而通常人们所说的SDRAM 是DRAM 的一种，它是同步动态存储器，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。

使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。

在嵌入式系统中经常使用。

ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可编程ROM）两者区别是，PROM是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了，这种是早期的产品，现在已经不可能使用了，而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器。