主儲存器

cnnnnn發表於2024-11-24

什麼是主儲存器?
主儲存器(Main memory),簡稱主存。是計算機硬體的一個重要部件,其作用是存放指令和資料,並能由中央處理器(CPU)直接隨機存取。

在介紹主儲存器之前先介紹一下儲存器。

  • 儲存器的分類
    儲存器的分類標準有很多有按儲存介質分類,按存取方式分類,按在計算機中的作用分類。
    這裡主要展示一下按在計算機中的作用分類

  • 儲存器的層次結構
    計算機中有兩個重要的層次結構,快取-主存和主存-輔存。

    其中快取-主存之間的資料交換由作業系統加硬體實現,解決了儲存系統容量不夠的問題,而主存-輔存之間的資料 交換由硬體自動完成,解決了主存和CPU速度不匹配的問題。

    輔存-主存-快取-暫存器-主存 速度由慢到快,容量由大到小,價格由低到高。

  • 主儲存器的基本組成

  • 讀/寫操作的流程

    當CPU想從儲存器中讀取資訊時,CPU透過地址線將地址傳送給MAR,MAR對譯碼器給出地址訊號後,這個地址訊號就會由譯碼器轉變為某一條選通線的高電平訊號,這條選通線上的儲存原件都會被選通,資料透過資料線傳輸到MDR中,CPU透過資料匯流排讀出資料。

  • 半導體儲存晶片
    我一開始很迷惑為什麼要介紹半導體儲存晶片,現在也不是很清晰,可能是因為現在計算機的主存都是由半導體積體電路組成。
    半導體儲存晶片重點分為2部分:基本結構和譯碼驅動方式。
    基本結構如下圖所示

  • 首先介紹一下儲存矩陣:
    這裡進行從內到外的介紹。
    1.儲存元件:儲存元涉及兩個半導體元器件,電容(接地為0,上板加電壓,形成電壓差,電容充電,有電為1)和MOS管(一種電控開關,加電壓通),一個儲存元件可儲存一位二進位制內容0/1
    2.儲存單元:多個儲存元件組成了一個儲存單元,儲存元件的個數就是儲存字長
    3.多個儲存單元組合在一起就形成了儲存矩陣

  • 外部結構有三種線:地址線,資料線,控制線
    地址線:顯然地址線用來傳送地址,外部器件透過地址線向譯碼驅動電路傳輸地址訊號,譯碼啟動電路透過地址找到對應的儲存單元,因此地址線的根數決定儲存單元的個數,影響儲存器的容量。
    資料線:更顯然資料線用於傳輸資料,CPU對儲存器進行讀操作時一次性的讀出片選線上對應的儲存元件的資料。
    控制線:片選線和讀/寫控制線,片選線的作用後面詳細講解
    譯碼驅動方式

  • 線選法
    eg:當MAR給譯碼器一個0000 0000 地址時,譯碼器找到第0這根線進行讀/寫操作。
    這樣的話儲存容量越大需要的地址線越多,太麻煩

  • 重合法
    儲存單元以二維陣列的形式排列,地址也分為行地址和列地址,這樣就大大降低了地址線的根數,提高了晶片的整合度

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