存储系统（一）—— 存储器介绍

注：此篇笔记源于B站刘宏伟老师讲的计算机组成原理进行总结

一、存储器分类（认识存储器的类别）

1.按存储介质分类

半导体存储器：TTL、MOS
磁表面存储器：磁头、载磁体
磁芯存储器：硬磁材料、环状元件
光盘存储器：激光、磁光材料

2.按存取方式分类

（1）存取时间与物理地址无关（随记访问）

随记存储器在程序的执行过程中可读可写
只读存储器在程序的执行过程中只读

（2）存取时间与物理地址有关（串行访问）

顺序存取存储器磁带
直接存取存储器磁盘

3.按在计算机中的作用分类

二、存储器的层次结构（存储器在计算机中的位置）

1.存储器三个主要特性的关系（速度、容量、价格）

2.缓存-主存层次和主存-辅存层次的关系

通过1可以看到因为价格速度和容量的关系，把存储器分成针对CPU设计的、针对主存设计的和辅存设计的。

因为CPU运算速度是最快的，而进行运算的位数又是需要很小的内存，而我们日常使用存储的东西是非常的繁杂又多，而且不是时时都需要进行存取，所以选用速度相对较慢的磁盘。然而在存取慢的磁盘想将数据传入CPU中进行运算，相对速度差距比较大，所以需要通过主存来进行协调存取速度。用以下图来进行辅助理解

三、主存储器（存储器在计算机中的作用）

1.主存储器与CPU的联系以及其基本组成

主存是与CPU进行联系的部件之一，可以用下图进行辅助理解。

其基本组成，包括存储体、数据总线和地址总线并通过控制电路进行读写操作。可以通过下图进行辅助理解。

2.主存中存储单元的地址分配和技术指标

存储单元的地址分配分为高位字节和低位字节，类似于大小端存储，下图的一个例子可以更好的进行理解。

技术指标

（1）存储容量：主存存放二进制代码的总位数，存储容量=存储字长x字长

（2）单位成本：每位价格=总成本/总容量

（3）存储速度

存取时间：存储器的访问时间（读出时间写入时间），从启动过一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存取周期：连续两次独立的存储器操作（读或写）所需要的最小间隔时间（读周期写周期）。
存储器带宽：主存数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量位/秒

四、半导体存储芯片简介（认识存储元件）

1.半导体存储芯片的基本结构

由下图可看出，存储芯片是由存储矩阵、读写电路、编译驱动、地址线、数据线、片选线和读/写控制线组成。

其中地址线决定其能存储的最多位数数据，而数据线是对数据进行一次读/写所能操作的最多位数，片选线是针对存储器中存在分组存储，选择某一块存储矩阵进行数据传输。结合下图中的例子进行理解。

片选线的作用可以结合下图进行更加直观的了解。下图是用16K X 1位的存储芯片所组成的存储器，因此分成四组，每组由8片芯片进行链接，并且读取数据时是同时对八片芯片的同一个位置进行读取，因此一次读取就是8位。

2.半导体存储芯片的译码驱动方式

（1）线选法：通过地址线选择一整条线上的数据，再通过数据线进行读写。可以结合下图进行理解，图中是16X8的一块芯片，有16条地址线也就是用四位即可进行表示，即左边的Ai与地址译码器相连接，而读写数据线有8条。

（2）重合法：即将数据线也作为地址线，从而同样多的线则可以表示更大的内存，即使用了数据线复用的方法。如下图所示，图中为32X32的一块存储块，通过XY两个地址译码器来确定内存中的矩阵块数据，进而进行读写操作。

五、随机存取存储器（RAM）

1.静态RAM（SRAM）

以Intel2114进行举例分析，下图为其外特性

上图，WE（低电平写高电平读），CS（片选线）左边为地址线，右边为数据线，Vcc为供电电压，GND为接地端。

其读写操作可以如下图所示，下图表示读取第0行第0列上的数据，下图采用的是重合法。读写电路上左边为写入，右边为读取。

2.动态RAM（DRAM）

以三管动态RAM芯片（Intell 1103）为例进行展示。下图就为其电路模型，其中电路单元就是存入信息的存储单元。通过读写选择线对存储单元进行选择与读取。

动态RAM是通过行地址刷新从而维持单元的稳定。

3.动态RAM和静态RAM的比较

六、只读存储器（ROM）

1.掩模ROM（MROM）：行列选择交叉处有MOS管为“1”，若无MOS管为“0”。

2.PROM（一次性编程）

3.EPROM（多次性编程）

4.EEPROM（多次性编程）：电可擦写、局部擦写、全部擦写

5.Flash Memory（闪速型存储器）

EPROM 价格便宜集成度高
EEPROM 电可擦洗重写
比EEPROM快具备RAM功能

七、存储器与CPU的连接

存储器容量的扩展

（1）位扩展（增加存储字长）如下图所示：

（2）字扩展（增加存储字的数量），结合下图进行理解

（3）字、位扩展，结合下图进行理解

以上的总结为比较基础的存储器知识，通过上述的了解，基本了解存储器的结构其存储原理和粗略了解存储器与CPU的连接以及存储器各类别在计算机中所使用的部分。