存储/缓存技术中的主存储器部件组成与设计

1、主存储器概述 (1)主存储器的两个重要技术指标 ◎读写速度：常常用存储周期来度量，存储周期是连续启动两次独立的存储器操作(如读操作)所必需的时间间隔。 ◎存储容量：通常用构成存储器的字节数或字数来计量。 (2)主存储器与CPU及外围设备的连接 是通过地址总线、数据总线、控制总线进行连接，见下图 主存储器与CPU的连接   ◎地址总线用于选择主存储器的一个存储单元，若地址总线的位数k，则最大可寻址空间为2k。如k=20,可访问1MB的存储单元。 ◎数据总线用于在计算机各功 主存储器，也被称为内存，是计算机系统中的关键组成部分，其主要职责是暂时存储CPU执行指令和处理数据所需的信息。本文将深入探讨主存储器的组成、设计特点以及与CPU和其他设备的交互。 主存储器有两个核心的技术指标：读写速度和存储容量。读写速度通常用存储周期来衡量，指的是连续启动两次独立存储操作（如读或写）所需的时间间隔，单位是纳秒（ns）。存储容量则表示存储器能够容纳的字节数或字数，决定了计算机能处理的数据量。 主存储器与CPU及其他外围设备的连接依赖于地址总线、数据总线和控制总线。地址总线决定了主存储器的寻址能力，如果地址总线有k位，那么最大可寻址空间为2的k次方个存储单元。例如，k=20时，可寻址的最大空间为1MB。数据总线则负责在计算机的不同组件间传输数据，其宽度决定了每一次性可以传输的数据量。控制总线则用来指示总线的工作周期，并确定当前输入/输出操作何时完成。 主存储器主要分为两大类：只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。ROM中的信息一旦写入便无法更改，通常用于存储固定的系统程序和配置信息；RAM又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。SRAM具有较快的读写速度，但成本较高，常用于高速缓存。相反，DRAM虽然读写速度较慢，但集成度高，成本低，是大部分主存储器的首选。 DRAM的工作原理基于电容存储，需要定期刷新以防止电荷泄漏导致的数据丢失。读取DRAM时，由于读操作会破坏原有电荷状态，因此称为破坏性读出，需要在读取后立即进行写回操作以保持数据。DRAM的刷新操作通常按行进行，每隔一定时间刷新一行内的所有存储单元。 教学计算机的内存储器设计则更加具体，包括了静态存储器的存储原理和芯片内部结构。地址总线、控制总线和数据总线共同构成了内存与CPU通信的基础。地址总线接收来自ALU的输出，控制总线通过特定的信号标记不同的总线周期，如内存读写周期和外设读写周期。数据总线则分为内部和外部两部分，以适应不同需求。时钟管理和时序控制确保了整个系统的同步运行。 主存储器的组成和设计直接影响到计算机系统的性能，包括数据处理速度和存储能力。理解这些基本概念对于优化系统性能和解决相关问题至关重要。