存储器的结构

前言

特点：知识繁杂，概念为主

分为：

• 存储器的分类
• 存储器的层次化结构
• 半导体随机存取存储器
• 主存储器与CPU的连接
• 双口RAM和多模块存储器（多体交叉，流水线）
• 高速缓冲存储器(Cache)
• 虚拟存储器（和操作系统有关，简单提及）
  • 段式/段页式基本不考
  • 408注意：其会与OS联合出题

存储器的分类（了解）

按存储介质分类

1. 半导体存储器
   如ttl双极性，MOS管；优点：快（复杂度O(1)),缺点：易失
2. 磁表面存储器：磁头，载磁体（机械硬盘）
3. 磁芯存储器：（硬磁材料，大型机）
4. 光盘存储器：激光，磁光材料。
   2～4均为非易失的，掉电还在。

按存取方式分类

存取时间和物理地址无关（随机访问）

（按照某个地址-直接取对应某个地址的东西）
分成：

• 随机存储器：程序执行时可读可写；
• 只读存储器：只读，不可写

存取时间和物理地址有关（顺序访问）

• 顺序存取存储器-磁带
• 直接存取存储器-磁盘

按在计算机中的作用分类

• 存储器：
  • 主存
    • RAM
      • 静态RAM(SRAM)
      • 动态RAM(DRAM)
    • ROM
      • MROM(一次性）
      • PROM(可编程）
      • EPROM（可擦写）
      • EEROM(可擦写，和上面那个核心技术为Flash）
  • Flash Memory(也就是SSD)
  • 缓存 (Cache-介于CPU和主存之间的设备)
  • 辅存（磁带，光盘等）

存储器的层次结构

存储器三个主要特性的关系

• CPU:
  • 寄存器
  • 缓存
  • 主存
    CPU是不能直接访问磁盘的，需要操作系统将磁盘的数据加载到主存之后才能查看。(IO操作)

主存的层次

2个层次：
CPU-缓存-主存层次（组成原理）：

• 目的：速度
  主存-辅存层次：
• 主存储器：（内存条）
• 虚拟存储器：（辅存，磁盘什么的）
• 物理/实地址：主存的正常地址，从头排到尾。
• 逻辑地址/虚地址：和编译环境有关，文件有关一般是程序运行的时候要用的地址

虚实地址的用途：

进程运行时，只占用部分主存（实地址），剩下的放于虚地址；若需要调用到主存中没有的部分，将主存中对应部分不需要的拿出来-放回去-拿新的（即操作系统页面置换，也就是swap功能）

CPU在执行主存的命令时：

主存里面的地址都是逻辑地址/虚拟地址。

load(a)->a是一个逻辑地址（在每个进程的逻辑地址空间里）-》根据逻辑地址去查，查询到其实际存储在物理的什么地方-完成映射

逻辑关系

（408考察极为细）

Cache是主存的备份-主存是磁盘的备份-程序是在磁盘里的-拿出来一部分程序给CPU操作-CPU读取执行指令-CPU找指令-指令不在主存里，在虚存里-置换到主存里；

CPU优先到Cache里找-找不到就找主存；

主存的基本组成

地址寄存器（通过地址线输入[比如10号房间，但输入的是1010]）->译码器翻译成对应的数据->（此时我们已经打开了对应的位置，等待控制电路确定读写）->若读：存储体把东西写到MDR里；若写，把MDR的写进存储体里（靠读写电路来实现）

主存的最基本组成：

• 地址总线
• 数据总线
• 控制（总线）电路

主存和CPU的联系

在我们设计的时候，往往将数据寄存器和地址寄存器设计到CPU里，然后通过数据总线和地址总线进行连接；读写由CPU发出控制命令。

主存中存储单元地址的分配

我们假设地址线有24根，那么从全0到全1，有2^24种数据。

寻址：cpu根据指令中给出的地址信息来寻找有效地址。

比如如果8根地址线，00000000就是一条地址信息，CPU就用这个来寻找。

如果按字节寻址，那么就是一个