组成原理-存储存储器的相关知识

Posted 2022-09-05 Mount256

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了组成原理-存储存储器的相关知识相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

1 主存储器

1.1 随机存储器 RAM

特点	SRAM（静态）	DRAM（动态）
存储信息	触发器	电容
破坏性读出	否	是
需要刷新	不要	需要（分散刷新、集中刷新、异步刷新）
地址传送	行、列地址同时送	行、列地址分开两次送（地址复用技术）
读写速度	快	慢
成本	高	低
用途	Cache	主存

1.2 只读存储器 ROM

EPROM、EEPROM、Flash（U盘）
SSD（固态硬盘）

1.3 串行访问存储器

磁带、磁盘、光盘（CD-ROM）

1.4 多模块存储器

高位交叉存储器：高位地址表示体号，低位地址表示体内地址
低位交叉存储器：低位地址表示体号，高位地址表示体内地址（常考）

2 字长和存储容量

2.1 存储单位

在计算机组成原理课程中，使用 K、M、G、T 均表示以 2 为底的单位。如 2K 个存储单元的意思是 2048 个存储单元，而不是 2000 个。但是，对于磁盘的存储容量及数据传输率，依然使用以 10 为底的单位。

单位	大小	十六进制数
K	2¹⁰	400H
M	2²⁰	10,0000H
G	2³⁰	~
T	2⁴⁰	~

注意！！！408 考试使用 KB、MB、GB、TB 表示 2 为底的存储单位！！！

10 为底的存储单位	2 为底的存储单位
KB = 10³B	KiB = 2¹⁰B
MB = 10⁶B	MiB = 2²⁰B
GB = 10⁹B	GiB = 2³⁰B
TB = 10¹²B	TiB = 2⁴⁰B

【例】128 MB = 128 * 2²⁰ B = 2⁷ * 2²⁰ B = 2²⁷ B

16MB = 16 * 2²⁰ B = 2⁴ * 2²⁰ B = 2²⁴ B

2.2 字长

字长：用于表示 CPU 内部通用寄存器的宽度。字长包括机器字长、指令字长、存储字长，必须为字节（8 位）的整数倍。
机器字长：机器进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数，即 CPU 位数，或简称为字长。

【注】操作系统位数：操作系统可寻址位数（小于等于 CPU 位数）。32 位处理器只能装 32 位操作系统而不能装 64 位操作系统，64 位处理器能装 32 或 64 位操作系统。

名称	16 位机器（CPU）中的位数	32 位机器（CPU）中的位数	64 位机器（CPU）中的位数
位 (bit, b)	1	1	1
字节 (byte, B)	8	8	8
半字 (1B/2B/4B)	8	16	32
字 (2B/4B/8B，机器字长)	16	32	64
双字	32	64	128
四字	64	128	256

指令字长：一个指令字中包含的二进制位数。
存储字长：一个存储单元存储的二进制位数。

指令字长一般取存储字长的整数倍，若指令字长等于存储字长的 2 倍，则需要 2 个访存周期来取出一条指令；若指令字长等于存储字长，则取指周期等于机器周期。

补充：不同机器下的数据类型长度

类型	16 位机器	32 位机器	64 位机器
char	8	8	8
short	16	16	16
int	16	32	32
long	32	32	32
long long	64	64	64
float	16	32	32
double	64	64	64

2.3 存储容量

存储容量 = 存储单元个数 * 每个存储单元的长度（位数，又称为存储字长）

【例 1】存储器容量为 2M * 8 位，表示该存储器有 2 * 2²⁰ = 2²¹ 个存储单元（若为 SRAM，则有 21 根地址线），每个存储单元存放 8 位二进制数据（有 8 根数据线，存储字长为 8 位，即 1 字节），存储容量为 2M * 1B = 2MB。

【例 2】存储器容量为 8K * 16 位，表示该存储器有 8 * 2¹⁰ = 2¹³ 个存储单元（若为 SRAM，则有 13 根地址线），每个存储单元存放 16 位二进制数据（有 16 根数据线，存储字长为 16 位，即 2 字节），存储容量为 8K * 2B = 16KB。

设 A 存储器容量为 x₁ * y₁ 位，B 存储芯片容量为 x₂ * y₂ 位，则组成 A 存储器所需要的 B 芯片片数为(x₁ * y₁)/(x₂ * y₂)

【例 3】16 片 2K * 4 位的存储芯片，可设计为多少存储容量的 16 位存储器？

设存储单元个数为 M，则有：(M * 16) / (2K * 4) = 16，解得 M = 8K。

【例 4】内存按字节编址，地址从 90000H 到 CFFFFH，若用存储容量为 16K * 8 位芯片构成该内存，则需要多少块芯片？

存储单元个数为 D0000H - 90000H = 40000H = 4 * 16⁴ = 2¹⁸ = 2⁸ * 2¹⁰ = 256K，且内存按字节编址（8 位），所以有：(256K * 8) / (16K * 8) = 16，即需要 16 块芯片。

【例 5】某 32 位机器的内存按字编址，地址从 90000H 到 CFFFFH，若用存储容量为 16K * 8 位芯片构成该内存，则需要多少块芯片？

存储单元个数为 D0000H - 90000H = 40000H = 4 * 16⁴ = 2¹⁸ = 2⁸ * 2¹⁰ = 256K，且内存按字编址（每个存储单元大小为 32 位），所以有：(256K * 32) / (16K * 8) = 64，即需要 64 块芯片。

2.4 主存容量的扩展

位扩展法：8K * 1b --> 8K * 8b
字扩展法：16K * 8b --> 64K * 8b
字位同时扩展法：16K * 4b --> 64K * 8b

3 磁盘的平均存取时间

设磁盘转数为 r 转/秒，每条磁道容量为 N 字节，则磁盘传输速率 = r * N

【注】对于磁盘，K、M、G、T 是以 10 为底的单位，而不是以 2 为底！1K = 10³，1M = 10⁶，1G = 10⁹，1T = 10¹²。比如 20MB/s = 20 * 10⁶ B/s ≠ 20 * 2²⁰ B/s。

（一个扇区的）平均存取时间 = 寻道时间 + 旋转延迟时间（磁头定位到所在扇区的时间）+ 传输时间（磁头扫过一个扇区所用的时间）
默认情况下：旋转延迟时间 = (旋转一圈的时间 / 2) = (1 / 磁盘转数) / 2
传输时间 = (旋转一圈的时间 / 每条磁道的平均扇区数) = (一个扇区的大小 / 数据传输率)

【注】因为在定位过程中，最多旋转 1 圈，最少不用旋转（0 圈），所以在平均情况下，需要旋转半圈，时间需除于 2。