计算机组成原理复习7

内存管理

存储器概述

存储器的分类

按在计算机中的作用（层次）分类

1. 主存储器。简称主存，又称内存储器（内存）,用来存放计算机运行期间所需的大量程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和高速缓冲存储器（Cache)及辅助存储器交换数据。其特点是容量较小，存取速度较快，单位价格较高。
2. 辅助存储器。简称辅存，又称外存储器（外存）,是主存储器的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息，它不能与CPU直接交换信息。其特点是容量极大，存取速度较慢，单位成本低。
3. 高速缓冲存储器。简称Cache,位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们。Cache的存取速度可与CPU的速度相匹配，但存储容量小，价格高。目前的高档计算机通常将它们制作在CPU中。

按存储介质分类

按存储介质，存储器可分为磁表面存储器 (磁盘，磁带）、 磁心存储器半导体存储器（MOS型存储器，双极型存储器）和光存储器（光盘）

按存取方式分类

1. 随机存储器（RAM)。存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。其优点是读写方便，使用灵活，主要用作主存或高速缓冲存储器。RAM又分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)，Cache就是SRAM，内存条属于DRAM
2. 只读存储器（ROM)。存储器的内容只能随机读出而不能写入。信息一旦写入存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。硬盘就是ROM

按信息的可保存性分类

断电后，存储信息即消失的存储器，称为易失性存储器，如RAM
断电后，存储信息仍然保持的存储器，称为非易失性存储器，如ROM，磁表面存储器和光存储器。

存储器的性能指标

存储器有3个主要性能指标，即存储容量，单位成本和存储速度。这3个指标相互制约，设计存储器系统所追求的目标就是大容量，低成本和高速度。

存储容量

存储容量=存储字数x字长（如1Mx8位）。单位换算：1B(byte,字节）=8b(bit，位）。存储字数表示存储器的地址空间大小，字长表示一次存取操作的数据量。

单位成本

每位价格 = 总成本/总容量

存储速度：数据传输率=数据的宽度/存储周期

1. 存取时间：存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，分为读出时间和写入时间。
2. 存取周期：存取周期又称读写周期或访问周期。它是指存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立访问存储器操作（读或写操作）之间所需的最小时间间隔。
3. 主存带宽：主存带宽又称数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量，单位为字/秒，字节/秒（B/s)或位/秒（b/s)。
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   注：
   存取时间不等于存储周期，通常存储周期大于存取时间。这是因为对任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段恢复内部状态的复原时间。
   对于破坏性读出的存储器，存取周期往往比存取时间大得多，因为存储器中的信息读出后需要马上进行恢复。
   
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存储器的层次化结构

多级存储系统

为了解决存储系统大容量，高速度和低成本3个相互制约的矛盾，在计算机系统中，通常采用多级存储器结构，如图所示。在图中由上至下，位价越来越低，速度越来越慢，容量越来越大，CPU访问的频度也越来越低。

半导体随机存储器

• 主存储器由DRAM实现，靠处理器的那一层（Cache)则由SRAM实现，属于易失性存储器，只要断电，保存的信息便会丢失。
• DRAM的每比特成本低于SRAM，速度也慢于SRAM。
• ROM属于非易失性存储器。
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  DRAM与SRAM之间价格差异的原因：
  这是因为** DRAM 的存储单元是由一个电容和一个晶体管**组成，而 SRAM 的存储单元则通常由 6 个晶体管组成。由于 DRAM 的存储单元比 SRAM 更简单，所以一个 DRAM 存储单元需要更少的硅，同时也更便宜，但为了存储相同的数据量，DRAM 需要更多的存储单元，因此需要更多的硅面积。因此，从硅的使用角度来看，为了存储相同的数据量，DRAM 需要更多的硅。
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SRAM和DRAM

SRAM的工作原理

• 静态随机存储器（SRAM)的存储元是用双稳态触发器（六晶体管MOS)记忆信息，信息被读出后，保持其原状态而不需要再生（非破坏性读出）
• SRAM的存取速度快，但集成度低，功耗较大，一般用来组成高速缓冲存储器

DRAM的工作原理

1. 动态随机存储器（DRAM)是利用存储元电路中栅极电容上的电荷来存储信息的。DRAM的基本存储元通常只使用一个晶体管，比SRAM的密度要高很多。
2. DRAM采用地址复用技术，地址线是原来的1/2，且地址信号分行，列两次传送。
3. 相对于SRAM来说，DRAM具有容易集成，位价低，容量大和功耗低等优点，但DRAM的存取速度较慢，一般用来组成大容量主存系统。4.