@2017libin 2019-06-23T10:08:31.000000Z 字数 2196 阅读 72

多层次的存储器（上）

计组

存储器概述

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

1. 存储器的分类

按存储介质：分为半导体存储器和磁表面存储器。半导体存储器有只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM)，磁表面存储器是计算机外存储器，磁带和磁盘(硬盘和软盘),光盘等。注意u盘也是半导体存储介质。
按存取方式：分为随机存储器和顺序存储器。半导体存储器和光盘是随机存储器，磁带存储器是顺序存储器，磁盘是半顺序存储器。
按存储内容可变性：只读存储器和随机读写存储器。
按信息易失性：半导体存储器是易失性的存储器，磁表面存储器是非易失性的存储器。
按系统中的作用：可分为主存和辅存。其中主存是cpu能够直接访问的，辅存是通过i/o设备进行与主存进行交流的。也可以分为主存储器，高速缓冲寄存器，辅助存储器，控制存储器等。

2.存储器的分级

寄存器cache：高速小容量的半导体存储器，用来高速存取指令和数据。
主存储器：由mos半导体存储器组成，是计算机系统的主要的存储器，用来程序运行期间存放的大量程序和数据。能够和cache交换指令和数据。
外存储器：大容量的辅助存储器。

3. 主存储器的性能指标

存储容量：存储器中可以容量存储单元的总数，可以写 $32k\times8位=256行\times128列\times8位$ ，表示有 $2^{15}$ 个存储单元，每个存储单元有 $8位$ 的空间。
存取时间：一次读命令发出到该操作所花的时间。一般读写时间一样，故称为读取时间。
存取周期：连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。通常略大于读取时间。
存储器带宽：单位时间存储器所存取的信息量，单位通常为bps等。

小结：主存是用来保存指令和数据的，但是对主存低速的访问和高速的cpu处理之间构成了矛盾，所以引入了cache来作为桥梁，使得cpu能够快速的对主存进行快速的访问。外存又分为磁盘和磁带，其中磁盘分为硬盘和软盘。主存的速度指标由234点反映。

RAM

1. 简述

RAM是一种随机访问的半导体存储器，包括有动态读写存储器和静态的读写存储器。
　 1) 静态读写存储器：SRAM
　　1. 锁存器(RS触发器)作为存储元，用是MOS管导通截止表示数据。只要直流电一直通过，数据就不会丢失。否则数据丢失。
　　2. 包括三组信号线：地址线，数据线，控制线。
　　3. 目前采用的是双译码方式，行列地址同时送入，行列地址线不相同。
　　4. 控制信号： $\overline{C}$ 表示的片选信号，低电平有效。当 $\overline{C}$ 有效时，G1，G2两个门均打开。G1，G2分别是用来写和读操作。因为读写操作是不能同时进行的，所以我们需要一个读写的控制信号 $\overline{WR}$ ，为0是进行写操作，为1时进行写操作。注意进行写操作时需要一个使能信号 $\overline{OE}$ 。
　　5. 缺点：MOS管过多，存储密度低，功耗太大，单位容量成本高。
　2) 动态读写存储器：DRAM
　　1. 由mos晶体管和电容器来作为存储元。mos晶体管作为开关，电容器中电荷量表示数据。由于电容器的电荷量会流失，所以要进行刷新操作。
　　2. 数据线：行列地址共同一套地址线，行列地址分时传送。
　　3. 缓冲器：输出缓冲器/读出放大器，输入缓冲区，刷新缓冲区。
　　3. 缺点：电容量容易流失，需要进行电容的刷新。
　　4. 电容刷新：破坏性读出时及时对读出单元刷新和由于电容漏电对电容的周期性刷新，其中有集中式刷新和分散式刷新。集中式刷新是，所有行集中刷新，存在死时间也就是集中刷新的时间。分散式刷新是将刷新时间分散成许多个间隔，每次刷新一行。刷新优先于访问。
　　5. 分式传送地址的好处：1）提前拿出数据，避免刷新对数据造成访问冲突。2）访问同一行地址不用重复对行地址进行译码。
两种RAM小结：巧记存储单元，SRAM是Suo存器，DRAM是Dian容器。SRAM是Static表示静态，DRAM是Dong表示动态

存储容量的扩充

进行容量的扩充时，先来简单的回忆一下，容量的表示方法： $32k\times8位=256行\times128列\times8位$ 。这样子看可能不太方便，换个角度看公式： $2^{15}\times8位=2^8\times2^7\times8位$ 。我们就可以换种角度进行理解这个公式了，传递行地址线需要 $8$ 条地址线，传递列地址线需要 $7$ 条地址线，数据线需要 $8$ 条。那么，容量的大小主要就是由地址线和数据线构成的。要想进行容量的扩充，我们可以增大地址线的数量（也就是增大存储单元的个数）也就是字存储容量扩充。或者增大数据线的数量（也就是增大存储单元的容量）也就是字长位数扩展。

1.字长位数扩展

位数扩展很简单，用一个hin形象的比喻就是相当于一个用一个钉子钉住一本书。钉子就是地址，书的页数就是单元容量，而每一页纸中每一个可以盯的位置就是一个地址。

2. 字存储容量扩展

容量扩充是指每个单元的大小不变，存储单元个数增多。假设将 $1M\times8位$ DRAM扩展为 $2M\times8位的$ DRAM存储器。可以看到存储容量进行扩充，由原来的 $1M$ ~ $2M$ 。这时候我们可以相当于对芯片进行等级排序，DRAM1表示的是0~M-1个单元，DRAM2表示的是M~2M-1个单元。因此可以将地址线分为两部分：片选信号和地址信号。片选信号用于选择芯片，地址信号用于访问这个芯片的某个单元。