计算机组成原理：存储系统【三】

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🚀1 只读存储器ROM

✈️1.1 总览

✈️1.2 各种ROM

注意：虽然闪存既可以读也可以写，但是它还是属于ROM

✈️1.3 计算机内部重要的ROM

计算机主机的结构如图所示

在关机后，主存中RAM的数据全部被清除，那么如果不采取其他措施，CPU就无法读取指令。

操作系统实际上是安装在辅存中，CPU需要读取主板上BIOS（属于ROM）芯片上的“自举装入程序”，它负责引导操作系统的装入（开机）。

逻辑上，我们应该将主存视为RAM+ROM的组成。CPU将二者统一编码，比如说，ROM占1KB，则ROM存储单元编号为1-1023，而RAM存储单元的编号起始位为1024。

✈️1.4 总结

ROM也具有“随机存取”的特点

🚀2 主存储器与CPU的连接

🛩️2.1 总览

🛩️2.2 芯片输入输出信号的常用缩写

字扩展：字扩展就是要增加存储字的数量
位扩展：增大数据的范围

🛩️2.3 位扩展

🛰️2.3.1 单块芯片的连接

🛰️2.3.2 两块芯片的位扩展

🛰️2.3.3 多块芯片的位扩展

🛩️2.4 字拓展

🛰️2.4.1 译码器片选法

（1）两块芯片的字拓展

与之前一样，两块芯片接入同样的电信号、同时并联接入数据总线，这就要求同一时间只有一块芯片可以工作，使用A13位控制芯片的片选信号（称为1-2译码器）。这样，可表示地址范围从2^12变为213。

（2）多块芯片的字扩展
使用上文的思路，只要片选信号足够多，就可以连接多块芯片（由1-2译码器变为2-4译码器、3-8译码器）

如图所示的电路，地址范围由一块芯片的2^13变为215

🛰️2.4.2 线选法

（1）基本思路与译码器片选法一致，但是它不是采用译码器。假设有两块芯片，则A13、A14直接与芯片连接，可想而知，只有当A13、A14位01或10时芯片才单独工作，输出的信号才有效。这样就使地址空间不连续。而采用译码器片选法得到的地址空间是连续的。

🛩️2.5 字位同时扩展

🛩️2.6 总结

🛩️2.7 关于译码器的补充

一般来说，CPU与主存之间是如此连接的，CPU在将地址电信号发出后，会等信号稳定后再发出主存请求信号，译码器才工作，这样主存得到的就是一个稳定的信号。

🚀3 双口RAM与多模块存储器

🛫3.1 知识总览

🛫3.2 双端口RAM

🛸3.2.1 示意图

它的作用是优化多核CPU访问一根内存条的速度。同时它需要两组完全独立的数据线、地址线、控制线。CPU、RAM中也要有更复杂的控制电路。

🛸3.2.2 访问情况

解决办法：

🛫3.3 多体并行器

1. 假设电脑中有四个内存条，每个内存条中有八个存储单元。在给存储单元编号时，可以先将内存条编号，再将存储单元编号。有高位交叉编址及低位交叉编址。如图所示。

2. 将各存储单元的编号写为十进制，分别为
高位编址：

0	8	16	24
1	9	17	25
…	…	…	…
7	15	23	31

低位编址：

0	1	2	3
4	5	6	7
…	…	…	…
28	29	30	31

🛸3.3.1 访问时间

（1）我们知道，主存在一次读写操作后（假设时间为r），需要一定时间进行恢复（一般较长，这里假设为3r）。
（2）当使用高位交叉编址时，CPU按序访问主存，由于0-8号存储单元连续的分布在一条主存内，则每访问一个存储单元都要花费4r的时间，如图所示

（3）当使用低位交叉编址时，CPU按序访问主存，由于0-4号存储单元是一次分布在M0-M4中，读写操作完成后主存立即进行恢复（这个操作无须CPU介入）。所以当访问完第4个存储单元后，第1个存储单元已经恢复并可以立即访问，如图所示。

可以看出低位编址的性能大大超过高位编址
（4）可以看出，

🛫3.4 多模块存储器

分为多体并行存储器、单体多字存储器

可以看出，单体多字存储器的灵活性较差，特别是当目的数据不是连续的4个单元时，单体存储器会读入较多的无用数据。

🛫3.5 总结

🚀4 总结

计算机组成原理如一座精密的交响乐团，微观中展现着电子的舞蹈，宏观中奏响着科技的交响曲。

它拆解复杂问题为简单指令，通过微处理器的默契协作，创造出无尽可能。

存储单元如记忆的灯塔，指引信息的航程。

总线是信息的大道，连接着各个功能模块，使计算机成为无比高效的智慧之器。

在计算机组成原理的魔法指导下，世界逐渐变得更加智能、便捷、创新。

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