計算機組成原理(八)——存儲器

存儲器

存儲器分類

按存儲介質分類

　　存儲介質主要有半導體器件、磁性材料、光盤。

　　半導體存儲器

　　　　存儲元件由半導體器件組成的存儲器稱爲半導體存儲器。

　　　　現代半導體存儲器都用超大規模集成電路工藝製成芯片。

• • • 優勢：體積小、功耗低、存取時間短。
    • 缺點：是一種易失性存儲器，斷電時存儲的信息容易丟失。近年來已研製出用非揮發性材料製成的半導體存儲器，克服了信息易失的弊病。

　　　　半導體存儲器按其所使用材料的不一樣，又可分爲：

• • • 雙極半導體存儲器：高速。
    • MOS半導體存儲器：高集成度，製造簡單、成本低、功耗小，故被普遍使用。

　　磁性存儲器

　　　　磁表面存儲器

　　　　　　磁表面存儲器是在金屬或塑料基體的表面塗一層磁性材料做爲記錄介質，工做時，磁層隨載磁體高速運轉，用磁頭在磁層上進行讀/寫操做。故稱爲磁表面存儲器。

　　　　　　按載磁體形狀的不一樣可分爲：

　　　　　　磁盤(將圓形的磁性盤片裝在一個密封盒子裏，就是硬盤了)。

　　　　　　磁帶(錄音機磁帶)

　　　　　　磁鼓(已淘汰)。

　　　　　　特色：非易失。

　　　　磁芯存儲器

　　　　　　磁芯是由硬磁材料作成的環狀元件，在磁芯中穿有驅動線和度讀出現。功耗太大，已被半導體存儲器取代。

　　光盤存儲器

　　　　光盤存儲器是應用激光在記錄介質(磁光材料)上進行讀寫的存儲器。

　　　　紀錄密度高、耐用性好、可靠性高，因此應用愈來愈普遍。

按存取方式分類

　　隨機存儲器(RAM,Random Access Memory)

• 特徵：

　　　　可讀可寫，任何一個存儲單元的內容均可以隨機存取，存儲時間、順序與存儲單元的物理地址無關。

　　　　計算機的內存(主存)通常都採用RAM。

　　根據存儲信息的原理不一樣，又可將其分爲靜態RAM和動態RAM。

　　　　靜態RAM(SRAM)：以觸發器原理寄存信息。

　　　　動態RAN(DRAM)：以電容充放電原理寄存信息。

　　只讀存儲器(ROM,Read Only Memory)

• 特徵

　　　　能讀出其存儲的信息，不能對其從新寫入。

　　　　這種存儲器一旦寫入了原始信息以後，在程序執行過程當中，只能將內部信息讀出，而不能隨意從新寫入新的信息去改變原始信息。

• ROM派生出的新類型
  • PROM，Programable Read Only Memory，可編程只讀存儲器。
  • EPROM，Erasable Programable Read Only Memory，可擦除可編程只讀存儲器。

　　串行訪問存儲器

• 特徵

　　　　在對存儲單元進行讀/寫操做時，需按其物理位置的前後順序尋找地址。

　　　　例如：磁帶。不論信息處在哪一個位置，讀寫時必須從其介質的起始位置開始查找。故這類串行訪問的存儲器又稱爲順序存取存儲器。

按在計算機中的做用分類

存儲器的層次結構 

• 寄存器：寄存器一般都製做在CPU芯片內部，寄存器中的數據直接在CPU內部參與運算，CPU內部能夠有十幾個，甚至幾十個寄存器。
• 主存：用來存放將要參與運行的程序和數據。
• 緩存：主存與CPU的速度茶具較大，爲了是它們之間的速度更加匹配，在主存與CPU之間插入了一種比主存速度更快、容量更小的高速緩衝存儲器(Cache)。

• 緩存-主存層次主要解決CPU與主存速度不匹配的問題。
• 主存-輔存主要解決存儲系統的容量問題。

主存儲器

主存的基本組成

• 根據MAR（存儲器地址寄存器）中的地址訪問某個存儲單元時：要通過地址譯碼、驅動等電路，才能找到所需訪問的存儲單元。
• 將存儲單元中的數據讀出時：需通過讀出放大器，才能將被選中的存儲單元中的存儲字送到MDR(存儲器數據寄存器)。
• 將MDR中的數據寫入存儲單元時：數據必須通過寫入電路才能真正寫入到被選中的存儲單元中。
• 圖中的驅動器、譯碼器、讀寫電路均集成在半導體存儲器芯片中。

主存與CPU的聯繫

 

• MAR、MDR集成在CPU芯片中。
• 存儲芯片和CPU芯片經過總線鏈接。

　　CPU從主存儲器讀取信息的過程：

　　　　首先CPU將該信息的地址送至MAR，經由地址總線送至主存，而後發出讀命令。

　　　　主存接到讀命令後，得知需將該地址單元的內容讀出，將該地址單元的內容讀取至數據總線上，傳送至MDR。(隨後MDR中的信息要做何處理由CPU決定，與主存無關)。

　　CPU向主存儲器寫入信息的過程

　　　　首先CPU將該信息要寫入的主存單元的地址經由MAR發送至地址總線，並將信息送入MDR。

　　　　而後向主存發出寫命令，主存接到寫命令後，便將數據總線上的信息寫入到地址總線指出的對應的主存單元中。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX