存储器

分类

按存储介质

• 半导体存储器
• 磁表面存储器
• 磁芯存储器
• 光盘存储器

按存储方式分类

• 存取时间与物理地址无关（随机访问）

  • 随机读写存储器（RAM）
  • 只读存储器（ROM）

• 存取时间与物理地址有关（串行访问）

  • 顺序存取存储器
  • 直接存取存储器

存储器的层次结构

主存以下，我们可以更改，
寄存器和缓存，对我们来说是透明的（不可见的）



如图：

• 大多数情况下，CPU和缓存打交道（数据在缓存里有）
• 少部分情况下，CPU和主存打交道（数据在主存里有）
• CPU不会与辅存打交道（数据不在缓存和主存里，则CPU将进程挂起）

主存系统：缓存的速度（快）+ 辅存的容量（大）

主存储器	虚拟存储器
实地址	虚地址
物理地址	逻辑地址

主存储器

主存储器组成：

主存和辅存之间构建了虚拟存储器技术（就是操作系统里面学的那个）

主存中存储单元地址的分配：

左：高位字节地址为字地址，1个字32位（$4Byte\times8 $）

右：低位字节地址为字地址，1个字16位（$2Byte\times8 $）

设地址线24根，按字节寻址，则管理$2^{24}=16M$

若字长为16位，按字寻址，则有$8M$

若字长为32位，按字寻址，则有$4M$

主存技术指标

• 存储容量
  主存存放二进制代码的总位数

• 存储速度

  • 存取时间
    包括：存储器的访问时间、读出时间、写入时间
  • 存取周期
    连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的最小间隔时间（读+写+冷却间隔）
    包括读周期和写周期（后面会讲）
• 存储器的带宽
  单位：位/秒

半导体存储芯片简介

片选线：$\overline{CS}$ $ \overline{CE} $ （上横线或图片空心圆，表示低电平有效）

读写控制线：

​ $\overline{WE}$(低电平写 高电平读)

​ $\overline{OE}$（允许读）

​ $\overline{WE}$(允许写)

输入：地址线（地址总线）、片选线（控制总线）

• 地址线：单向，有n条地址线则能管理$2^n$个存储矩阵
• 片选线：用来选择存储芯片

输出：数据线、读/写控制线

• 数据线：双向
  读/写控制线：决定芯片进行读/写操作

芯片容量的计算

芯片容量 = $2^{地址线}*数据线$

原因：地址线数量a决定存储矩阵的数量（$2^{a}$）；数据线数量表示一个存储矩阵存储的位数

地址线	数据线	芯片容量
10	4	$1K*4位$
14	1	$16K*1位$
13	8	$8K*8位$

要会地址线控制线数量与芯片容量的相互换算。

存储芯片片选线的作用

eg: 用$16K\times1$位的存储芯片组成$64K\times8$位的存储器

8个芯片的片选线接一块：1位→8位
4组芯片的片选接一块：：16K→64K
注意：4组芯片没法同时工作
当地址为65535($2^{16}-1$)时，最右8片的片选有效

半导体存储芯片的译码驱动方式

线选法

地址译码器的地址线：

$A_0A_1A_2A_3=0000$时，字线0有效，通知$(0,0)$，......$(0,7)$，共8个存储矩阵
......
$A_0A_1A_2A_3=1111$时，字线15有效，通知$(15,0)$, ......$(15,7)$，共8个存储矩阵

读/写控制电路的位线：

$A_0A_1A_2A_3=1111$时：

​ $D_0$连接$(15,0)$, ......, $D_7$连接$(15,7)$

重合法
以$1K×1$为例：

10根地址译码器：

​ 5根作行，5根作列，行$m$和列$n$对应一个存储单元$(m,n)$

​ 所需线：$2^{32}×2^{32}=64$根，极大节省了地址线数（原需$2^{10}$根）

只读存储器

1. 掩模ROM
出厂就刻好了的

2. PROM（一次性编程）
熔丝断为0，熔丝未断为1

3. EPROM（多次性编程）
电信号写入

图中存储大小：$2K\times8$（11根地址引脚线→2^{11}，8根数据引脚线→8）

4. EEPROM

5. Flash Memory