计算机组成原理是理解计算机系统核心运作机制的关键课程。在第三章中,主要探讨了存储器的相关知识,这是计算机系统中不可或缺的部分,用于暂时保存数据和指令。存储器分为多个层次,包括寄存器、高速缓存、主存储器以及辅助存储器。
基本存储单元是存储一位二进制代码的元件,而存储单元则是主存中最小可寻址的单位,CPU可以直接访问。存储器是由许多这样的存储单元按照一定的组织方式组成的。存储器的分类依据多种标准,如存储介质(如半导体或磁性材料)、存取方式(随机存取RAM或顺序存取)、读写功能(只读ROM与可读写RAM)、信息的可保存性(挥发性与非挥发性)以及在计算机系统中的角色(主存、辅存等)。
在存储器的分级结构中,寄存器位于最顶端,是微处理器内部的高速存储单元,例如CPU寄存器。其次是高速缓存(Cache),它通过硬件加速主存储器的访问速度。主存储器是当前运行程序和数据的临时存储区域,通常由半导体存储器构建。辅助存储器,如磁盘或光盘,作为长期存储,可读可写或只读,通常通过外部设备连接。
主存储器的技术指标包括存储容量、存取时间和存取周期。存储容量通常以字节为单位,如KB、MB、GB和TB,但厂商通常以1000为基数表示。存取时间是从发出读/写命令到数据传输完成所需的时间,而存取周期是连续两次存取操作的最小时间间隔。存储器带宽则衡量单位时间内存储器能处理的信息量。
随机读写存储器(RAM)是主存储器的主要类型,分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。SRAM速度快但集成度低,通常用在高速缓存中,由触发器构成,无需刷新。DRAM使用单个MOS管作为基本单元,需要定期刷新,其集成度高、成本低,但速度较SRAM慢。
SRAM的结构由多个存储元组成,每个存储元可以由6个开关管构成,存储一位信息。存储器的控制信号包括片选、读控制和写控制,这些信号决定了数据的读取和写入。例如,2114型SRAM芯片具有11个地址引脚和8个数据引脚,可以存储2K×8位的数据。
在SRAM的基本存储元中,6管静态MOS存储元由两个MOS反相器交叉耦合形成双稳态触发器。写操作是通过字线和位线的配合来完成的,读操作则是通过字线的高电位脉冲实现。这种设计允许快速读取和写入数据,但同时也需要更高的功率和成本。
计算机组成原理第三章主要介绍了存储器的结构、分类、性能指标和工作原理,这些知识对于理解计算机系统如何高效地处理和存储信息至关重要。