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? ? ? ? 儲(chǔ)存系統(tǒng)的組成：

? ? ? ? ? ? ? ? 1.按作用分類

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>高速緩沖存儲(chǔ)器：位于主存和CPU之間，用來存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)，以便CPU能高速的訪問它們。其速度可以和CPU速度相匹配。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>主存儲(chǔ)器：存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機(jī)地進(jìn)行讀/寫訪問。有一定容量，速度較高

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3>輔助存儲(chǔ)器：存放當(dāng)前暫時(shí)不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久保存的信息。容量大，成本低，但存取速度較慢。

? ? ? ? ? ? ? ? 2.按存儲(chǔ)方式分類

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)：隨機(jī)存儲(chǔ)就是CPU可以對(duì)其中的內(nèi)容隨機(jī)地存取，對(duì)任何一個(gè)存儲(chǔ)單元的寫入和讀出時(shí)間是一樣的，與其所處的物理位置無關(guān)。主要用作主存，也可用作高速緩沖存儲(chǔ)器。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>只讀存儲(chǔ)器(ROM)：存儲(chǔ)器內(nèi)容只能隨機(jī)讀出而不能寫入。信息一旦寫入，即使斷點(diǎn)，內(nèi)容也不會(huì)丟失。如存放BIOS程序。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3>順序存取儲(chǔ)存器(SAM)：SAM的內(nèi)容只能順序讀取，存取時(shí)間長(zhǎng)短與信息在存儲(chǔ)體上的物理位置有關(guān)。如磁帶機(jī)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4>直接存取儲(chǔ)存器(DAM)：當(dāng)要存儲(chǔ)信息時(shí)，第一步直接指向整個(gè)存儲(chǔ)器中的某個(gè)小區(qū)域(如磁盤上的磁道)；第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后再進(jìn)行讀/寫操作。

? ? ? ? ? ? ? ? 3.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>磁芯存儲(chǔ)器：采用具有矩形磁滯回線的鐵氧體磁性材料，利用2中不同的剩磁狀態(tài)表示"1"或"0"。一棵磁芯存放一個(gè)二進(jìn)制位，成千上萬顆磁芯組成磁芯體。可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)信息，讀出是破壞性讀出；存儲(chǔ)容量小，速度慢，體積大，可靠性低。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：采用半導(dǎo)體器件制造的存儲(chǔ)器，主要有MOS型存儲(chǔ)器和雙極型存儲(chǔ)器兩大類。MOS型集成度高，功耗低，價(jià)格便宜，存取速度較慢；雙極性存儲(chǔ)器具有存取速度快，集成度低，功耗大，成本較高等特點(diǎn)。半導(dǎo)體RAM存儲(chǔ)的信息會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3>磁表面存儲(chǔ)器：在金屬或塑料機(jī)體上，涂覆一層磁性材料，用磁層儲(chǔ)存信息，如磁帶。其容量大，價(jià)格低，存儲(chǔ)速度慢，多用作輔助存儲(chǔ)器。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?4>光存儲(chǔ)器：采用激光控制訪問的存儲(chǔ)器，儲(chǔ)存容量大，常用輔助存儲(chǔ)器。

? ? ? ? ? ? ? ? 4.按信息的可保存性分類：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>易失性存儲(chǔ)器：斷點(diǎn)后，存儲(chǔ)信息即消失的存儲(chǔ)器。如半導(dǎo)體RAM

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>非易失性存儲(chǔ)器：斷點(diǎn)后信息仍保存的存儲(chǔ)器，如ROM。

? ? ? ? ? ? ?存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：為了解決存儲(chǔ)容量，存取速度和價(jià)格之間的矛盾，通常把各種不同存儲(chǔ)容量，不同存取速度的存儲(chǔ)器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個(gè)統(tǒng)一整體的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

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? ? ? ? ? ? ?上面是多級(jí)存儲(chǔ)層次，n中不同的存儲(chǔ)器在邏輯上是一個(gè)整體。M1容量小最小，速度最快，價(jià)格最高，用于存放最常用的數(shù)據(jù)；Mn容量最大，速度最低，價(jià)格最低，存放最少使用的數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)具有接近M1的速度，Mn的容量。

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? ? ? ? ? ? ?圖a為Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)，Cache是為解決主存速度不足而提出來的。在Cache和主存之間增加輔助硬件，讓它們構(gòu)成一個(gè)整體。從CPU上看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，每位價(jià)格接近主存的價(jià)格。

? ? ? ? ? ? 圖b為虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)是為解決主存容量不足提出來的。在主存和輔存之間，增加輔助軟硬件，讓它們構(gòu)成一個(gè)整體。從CPU上看，速度接近主存的速度，容量是虛擬地址空間，每位價(jià)格接近輔存的價(jià)格。虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)控。

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? ? ? 主存儲(chǔ)器的組織

? ? ? ? ? ? ? 1.主儲(chǔ)存器的基本結(jié)構(gòu)：主存通常由存儲(chǔ)體，地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路，I/O和讀寫電路組成。

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? ? ? ? ? ? ?存儲(chǔ)體是主存儲(chǔ)器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存在存儲(chǔ)體中。

? ? ? ? ? ? ?地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上包含譯碼器和驅(qū)動(dòng)器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，以表示選中了某一存儲(chǔ)單元，然后由驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫電路，完成對(duì)選中存儲(chǔ)單元的讀寫操作。

? ? ? ? ? ? ? I/O讀寫電路包括讀出放大器，寫入電路和讀寫控制電路，用以完成被選中存儲(chǔ)單元中給位的讀出和寫入操作。

? ? ? ? ? ? ?主存的讀寫操作時(shí)在控制器的控制下進(jìn)行的，只有接收到來自控制器的讀寫命令或?qū)懺试S信號(hào)后，才能實(shí)現(xiàn)正確的讀寫操作。

? ? ? ? 主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元

? ? ? ? ? ? ?位：二進(jìn)制數(shù)的最基本單元，也是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的最小單位。? ?

? ? ? ? ? ? ?存儲(chǔ)字：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)由若干個(gè)位組成，當(dāng)這個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為一個(gè)整體存入或取出時(shí)，這個(gè)數(shù)稱為存儲(chǔ)字。

? ? ? ? ? ? ?儲(chǔ)存單元：存放存儲(chǔ)字或存儲(chǔ)字節(jié)的主存空間。

? ? ? ? ? ? ?存儲(chǔ)體：大量存儲(chǔ)單元的結(jié)合構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)體。

? ? ? ? ? ? ?存儲(chǔ)地址：為了區(qū)別存儲(chǔ)體中的各個(gè)存儲(chǔ)單元，必須將它們逐一編號(hào)。存儲(chǔ)單元的編號(hào)就是地址。

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? ? ? ? ? ??0x123456 存放在0x40000~0x40003中的情況(12為高字節(jié))

? ? ? ? ? ? 大端：高字節(jié)存放在低地址，12 34 56

? ? ? ? ? ? 小端：高字節(jié)存放在高地址，56 34 12

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? ? 主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)

? ? ? ? ? ? ? 儲(chǔ)存容量：對(duì)于字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)，以字節(jié)數(shù)來表示存儲(chǔ)容量。如計(jì)算機(jī)的主存容量為64K*16，表示它有64K個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的字長(zhǎng)16位。1K=1024B，16為是2個(gè)字節(jié)，若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為128K字節(jié)。

? ? ? ? ? ? ? 存取速度：主存的存取速度通常由存取時(shí)間，存取周期，主存帶寬等來描述

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 存取時(shí)間：指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 存取周期：主存進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪問存儲(chǔ)器操作之間所需的最短時(shí)間。一般存儲(chǔ)周期>存取時(shí)間，因?yàn)樵谧x寫操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的時(shí)間。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 主存帶寬：又稱數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量，單位是字每秒或字節(jié)每秒或位每秒。提高主存帶寬的措施：縮短存取周期；增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)；增加存儲(chǔ)體

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 可靠性：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器無故障讀寫的概率

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 功耗：反應(yīng)存儲(chǔ)器耗電多少，同時(shí)也反應(yīng)了其發(fā)熱的程序。

? ? ? ? ?數(shù)據(jù)在主存中的存放

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 字節(jié)占8個(gè)位，半字16位，單字32位，雙字64位，它們出現(xiàn)的概率相同。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖a是一種不浪費(fèi)存儲(chǔ)資源的存放方法，4中不同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一個(gè)緊接著上一個(gè)存放。這樣的優(yōu)點(diǎn)是不浪費(fèi)存儲(chǔ)器資源，主要問題有2個(gè)：一是除了訪問一個(gè)字節(jié)以外，當(dāng)要訪問一個(gè)雙字，一個(gè)單字或一個(gè)半字時(shí)都有可能需要花費(fèi)兩個(gè)存取周期。圖中一個(gè)雙字，一個(gè)單字或一個(gè)半字都有可能跨越2個(gè)存儲(chǔ)體存放，這使存儲(chǔ)器的工作速度降低了一半；二是存儲(chǔ)器讀寫控制比較復(fù)雜。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖b又是一種存放方法，每種類型都必須從一個(gè)存儲(chǔ)字的起始位置開始存放，而多余的部分浪費(fèi)不用。這種數(shù)據(jù)存放方法優(yōu)點(diǎn)是：訪問某種類型只要一個(gè)存取周期，缺點(diǎn)是浪費(fèi)了寶貴的存儲(chǔ)資源。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖c是前兩種方法的這種方案，雙字?jǐn)?shù)據(jù)(8字節(jié))的起始地址的最末3個(gè)二進(jìn)制位必須為000(8的整數(shù)倍)，單字?jǐn)?shù)據(jù)的起始地址的最末兩位必須為00(4的整數(shù)倍)。這種方法也能保證訪問數(shù)據(jù)只要一個(gè)存儲(chǔ)周期，稱為邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)存放方法。? ? ? ? ? ??

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? ? ? ? RAM記憶單元電路：6管SRAM記憶單元電路，4管DRAM記憶單元電路，單管DRAM記憶單元電路(電路圖可參考教材)

? ? ? ? 動(dòng)態(tài)RAM的刷新：

? ? ? ? ? ? ?刷新間隔：DRAM一直在放電，為了維持DRAM記憶單元 的存儲(chǔ)信息，沒隔一段時(shí)間需要進(jìn)行刷新，這主要根據(jù)珊極電容的放電速度，一般選定的最大刷新間隔為2ms或4ms甚至更大。

? ? ? ? ? ? 刷新方式

? ? ? ? ? ? ? ? ? 1>集中刷新方式：在允許的最大時(shí)間間隔內(nèi)，按照存儲(chǔ)芯片容量的大小集中安排若干個(gè)刷新周期，刷新時(shí)停止讀寫操作。這里的刷新周期是指刷新一行所需的時(shí)間，由于刷新過程是假讀的過程，所以刷新周期就等于存取周期。其優(yōu)點(diǎn)是讀寫操作不受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)存取速度較高。缺點(diǎn)是刷新期間必須停止讀寫，這一段時(shí)間稱為"死區(qū)"，而且存儲(chǔ)容量越大，死區(qū)越長(zhǎng)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? 2>分散刷新方式：把刷新操作分散到每個(gè)存取周期內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)系統(tǒng)的存儲(chǔ)周期被分為兩部分，前一部分時(shí)間進(jìn)行讀寫操作或保持，后一部分時(shí)間進(jìn)行刷新操作。在一個(gè)系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲(chǔ)矩陣中的一行。這種刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是它加長(zhǎng)了系統(tǒng)的存取周期，降低了整機(jī)的速度；二是刷新過于頻繁。

? ? ? ? ? ? ? ? ? 3>異步刷新方式：前述兩種方式的組合，充分利用最大刷新間隔時(shí)間，把刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，注意是平均分配，分散刷新方式是每個(gè)存儲(chǔ)周期刷新一次，這樣可以減少"死區(qū)"。

? ? ? ? ? ?刷新控制：解決刷新和CPU訪問存儲(chǔ)器之間的矛盾。通常，當(dāng)刷新請(qǐng)求和訪問請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行刷新操作。

? ? ? ? ? ?RAM芯片分析

? ? ? ? ? ? ? ? ?RAM芯片：RAM芯片通過地址線，數(shù)據(jù)線和控制線與外部連接。地址線是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。數(shù)據(jù)線是雙向的，即可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。控制線主要有讀寫控制線和片選線兩種，讀寫控制線用來控制芯片是進(jìn)行讀操作還是寫操作的，片選線用來決定芯片是否被選中。由于DRAM芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引腳的數(shù)量，DRAM芯片把地址線分成相等的兩部分，分兩次從相同的引腳送入。這樣每增加一條地址線，增加了4倍的容量。

? ? ? ? ? ? ? ? 地址譯碼方式：RAM地址譯碼電路能把地址線送來的地址信號(hào)翻譯成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的選擇信號(hào)。地址譯碼方式有單譯碼和雙譯碼兩種。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1>單譯碼方式

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2>雙譯碼方式

? ? ? ? 半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器：ROM的最大優(yōu)點(diǎn)是具有非易失性，即使電源斷電，ROM中存儲(chǔ)的信息也不會(huì)丟失。ROM工作時(shí)只能讀出，不能寫入。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ROM的類型

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 掩膜式ROM：內(nèi)容由半導(dǎo)體制造廠按用戶提出的要求在芯片的生產(chǎn)過程直接寫入，寫入之后任何人無法改變其內(nèi)容。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?一次性可編程ROM：允許用戶利用專門的設(shè)備寫入自己的程序，一旦寫入，其內(nèi)容無法改變。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?可擦除編程ROM：不僅可以由用戶利用編程器寫入信息，而且可以對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行多次改寫。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?閃速存儲(chǔ)器：允許在操作中被多次擦除或重寫的只讀存儲(chǔ)器。它可以在不加電的情況下長(zhǎng)期保存信息，又能在線進(jìn)行快速擦除與重寫。

? ? ? ? ? ? 主存儲(chǔ)器的連接與控制

? ? ? ? ? ? ? ? ?主存容量的擴(kuò)展：要組成一個(gè)主存，首先要考慮選片的問題，然后就是如何把芯片連起來。將多片組合起來常用位擴(kuò)展法，字?jǐn)U展法，字和位同時(shí)擴(kuò)展法。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 位擴(kuò)展：只在位數(shù)方向擴(kuò)展(加大字長(zhǎng))，而芯片的的字?jǐn)?shù)和存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)是一致的。位擴(kuò)展的連接方式?是將各存儲(chǔ)芯片的地址線，片選線和讀寫線相應(yīng)地并聯(lián)起來，而將各芯片的數(shù)據(jù)線單獨(dú)列出。當(dāng)CPU訪問該存儲(chǔ)器時(shí)，其發(fā)出的地址和控制信號(hào)同時(shí)傳給8個(gè)芯片，選中每個(gè)芯片的同一單元，相應(yīng)單元的內(nèi)容被同時(shí)讀至數(shù)據(jù)總線的各位，或?qū)?shù)據(jù)總線上的內(nèi)容分別同時(shí)寫入相應(yīng)單元。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?字?jǐn)U展：僅在字?jǐn)?shù)方向擴(kuò)展，而位數(shù)不變。字?jǐn)U展將芯片的地址線，數(shù)據(jù)線，讀寫線并聯(lián)，由片選信號(hào)來區(qū)分各個(gè)芯片。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?字和位同時(shí)擴(kuò)展：當(dāng)構(gòu)成容量比較大的存儲(chǔ)器時(shí)，往往需要在字?jǐn)?shù)方向和位數(shù)方向上同時(shí)擴(kuò)展。

? ? ? ? ? ? 存儲(chǔ)芯片的地址分配和片選：CPU要實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元的訪問，首先要選擇存儲(chǔ)芯片，即進(jìn)行片選；然后再?gòu)倪x中的芯片中依地址碼選擇出相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，以進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，這稱為字選。片內(nèi)的字選是由CPU送出的N條低位地址線完成的，地址線直接接到所有存儲(chǔ)芯片的地址輸入端。而儲(chǔ)存芯片的片選信號(hào)則大多是通過高位地址譯碼或直接連接產(chǎn)生的。片選信號(hào)的產(chǎn)生可細(xì)分為線選法，全譯碼法和部分譯碼法。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?線選法：用除片內(nèi)地址外的高位地址線直接分別接至各個(gè)存儲(chǔ)芯片的片選端，當(dāng)某地址線信息為"0"時(shí)，就選中與之對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)芯片

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?全譯碼法：除片內(nèi)地址的全部高位地址線都作為地址譯碼器的輸入，譯碼器的輸出做出各芯片的片選信號(hào)，將它們分別接到存儲(chǔ)芯片的片選端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)芯片的選擇。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?部分譯碼：用除片內(nèi)尋址外的高位地址的一部分來譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。如用4片2K*8的存儲(chǔ)芯片組成8K*8存儲(chǔ)器，需要4個(gè)片選信號(hào)，因此只需要用兩位地址線來譯碼產(chǎn)生。

? ? ? ? ? 主存儲(chǔ)器和CPU的連接

? ? ? ? ? ? ? ? ?主存和CPU之間的硬連接：主存與CPU硬連接有3組線，地址總線(AB)，數(shù)據(jù)總線(DB)，控制總線(CB)。

? ? ? ? ? ? ? ? ?主存的校驗(yàn)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 主存的奇偶校驗(yàn)：每個(gè)儲(chǔ)存單元中共存儲(chǔ)9位信息(其中8位數(shù)據(jù)，1位奇偶校驗(yàn)位)，信息中的"1"的個(gè)數(shù)總是奇數(shù)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 錯(cuò)誤檢驗(yàn)和校正(ECC)：ECC主存用一組附加數(shù)據(jù)位來存儲(chǔ)一個(gè)特殊碼，稱為"校驗(yàn)和"。對(duì)每個(gè)二進(jìn)制都有相應(yīng)的ECC碼。產(chǎn)生的ECC碼所需的位數(shù)取決于系統(tǒng)所用的字長(zhǎng)。

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參考資料：<<計(jì)算機(jī)組成原理>> 蔣本珊

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《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

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