计算机组成原理复习7

内存管理

文章目录

      • 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
            • 按存储介质分类
            • 按存取方式分类
            • 按信息的可保存性分类
          • 存储器的性能指标
            • 存储容量
            • 单位成本
            • 存储速度:数据传输率=数据的宽度/存储周期
        • 存储器的层次化结构
          • 多级存储系统
        • 半导体随机存储器
          • SRAM和DRAM
            • SRAM的工作原理
            • DRAM的工作原理

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)。
    :::info
    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。
    image.png
    :::
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。image.png

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。
    :::info
    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。
    :::
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.

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