存储系统 3.1 存储器的基本概念

Posted 2022-09-30 zhongzhenhua

前面我们已经把第二章数据的表示和计算都已经讲完了，那么从这一章开始我们将进入存储系统的学习。那么本章要讲什么呢？

本章是历年考查的一个重点。特别呢是我用红框框框出来的这部分，是考试当中特别容易考到的重中之重。那么我们来看一下我们这一章要学什么？最重要的呢是要学习存储器是和如何和CPU协同工作的，那么我们将要介绍存储器的一个简单的模型以及它地址信号如何找到我们的存储单元的，也就是寻址的一个概念。接下来我们将要讲解主存和CPU的连接。那么我们将要解决两个问题，一个问题呢就是我们的主存和我们的CPU它的运算速度是不匹配的，CPU的运算速度要比主存快得多，那么如何解决这个问题呢？我们提出了两种方案，第一种方案我们就设计出了高性能的存储器，也就是我们的双口RAM和我们的多模块存储器。但是这显然还是不够的，然后我们就提出了高速缓冲存储器的概念，也就是cache。要注意cahce是历年考查的一个重中之重，所以大家一定要提高警惕。接下来要解决的一个问题呢是容量的问题，于是我们提出了虚拟存储器的概念。那么cache和这个快表也就是我们虚拟存储器当中的这个东西，我们在操作系统当中大家还是要遇到的，所以大家也要认真地学习。接下来呢就是我们讲解了半导体随机存取存储器，我们将要讲解存储芯片的一个基本结构。我们的动态的ram和我们的静态的ram的工作原理，还有我们的只读存储器它的特点和基本类型。最后，我们还要提一下基本的一些概念，比如像存储器的分类啊，存储器的性能指标，这部分呢大家听一下就可以了，也就是我们这节课要讲的第一节的内容，基本概念。

这一部分呢是比较简单的，但是简单归简单，它还是比较基础的。那么我们知道存储器在我们的计算机系统当中，在第一章我已经提到过了，它是计算机系统当中最重要的部件之一。我们执行程序的时候所需要的指令、所需要的数据都来自存储器。我们的程序的执行结果也都保留在存储器当中。另外，我们的各种文档，我们的音像资料也都保存在存储器当中。

我们这一讲呢分三块部分，首先呢是存储器的分类，然后是它的性能指标，然后就是一个层次的结构。这些都是很基础的。

那么我们首先回顾一下之前讲过的关于存储器的内容。我们前面已经讲过了，冯诺依曼的计算机被分成5大组成部分。那么传统的冯诺依曼结构的计算机呢，运算器是计算机系统的核心。数据的输入和输出都需要运算器的参与，所以我们的运算器就成为了系统的性能瓶颈。所以我们就对以运算器为核心的机器，加以了改进就变成了以存储器为核心的机器。那么我们计算机呢就有两大部分，一部分呢是主机，一部分是外设。主机分为运算器、控制器，由它组成的CPU，然后就是我们的主存。外设呢是I/O设备和辅助存储器。那么我们这一章的内容呢主要还是讲解的主存，辅存和I/O设备我们将要呢在第七章I/O那里讲。

那么主存和辅存就是我们的存储器的内容，主存呢又可以称为主存或者内存，辅助存储器呢又可以称为辅存或者外存。

那么在主存和我们的CPU之间，为了能够配合它们的速度，我们加了一个东西叫做高速缓冲存储器也就是我们的Cache。

那么这样呢就形成了我们的第一种分类方式。就是根据它的作用或者根据它的层次我们可以分为Cache，也就是高速缓冲存储器，主存和辅存，这是第一种分类方式。那么其实对于存储器的分类方法还有很多，我们只要给出一个标准就可以给出一种分类方法。那么我们的主存就是说它可以和CPU直接进行交流，然后我们的辅存它是不能够和CPU进行直接的交流的。所以我们把它归入到外设里面，因为它要通过I/O接口和CPU来交流。这就是第一种分类方式，根据它的作用或者根据它的层次来进行分类。但是呢不管哪一个层次的存储器它们的功能都是相同的，都是用来存放二进制的信息。

我们可以举这样的一个例子，这是一段01序列，一串01序列。那么存储器要存放这样的一个二进制的信息，就需要使用一些的特殊的材料。

那么我们的材料，比如存放这个1，我们就要用不同的存储的材料来进行存储。那么这个材料呢，我们就把它称为存储介质。于是我们提出了第二种分类方式，就是根据它的存储介质来进行分类。使用不同的存储介质呢，就有不同的存储器。比如说我们可以使用磁表面的一个存储器，比如我们的磁带我们的磁盘，那么这样的存储器呢我们在现代的生活当中已经很少见了。就比如这个东西是很早以前的这是一个磁盘，这儿呢可能我们上小学的时候可能会见过，叫做磁带。那么还有呢叫做磁芯存储器。那么是磁芯存储器呢？就是像这样的，像算盘一样的这个东西，那么它就是一个磁芯存储器。还有呢就是我们比较熟悉的了，就是我们的半导体存储器。如果你现在打开你的笔记本，你就可以看到我们的内存条是由一个个芯片组成的，那么这样的芯片呢实际上就是一个半导体的存储器。还有大家经常使用的U盘啊也是半导体存储器。之后还有这个叫做光存储器的东西，光存储器比如我们的光盘就是光存储器，那么这样的分类方式就是根据我们存储器的存储介质进行的分类。那么不同的存储介质就有不同的特性。

所谓的不同的特性，可以是存取方式的不同。比如像我们的半导体存储器，它就是按照随机存取的方式进行存储的，也就是我们存储器的任何一个存储单元，