计算机组成原理--存储系统

写这篇博客时，我对这部分知识并不是理解，我真的不太喜欢硬件，写这篇博客的目的是重新复习一下这里的知识（说成是预习其实也可以），方便以后期末考试或在学这部分知识时有可视化的东西可回忆，就这样吧╮(╯▽╰)╭

层次结构

基本存储体系

主存的特点：容量不够大，不够便宜，速度比辅存较快

主存速度慢和容量不足

主存增速与CPU增速不同步；指令执行期间多次访问存储器；存在制约主存容量的技术因素由CPU、主板等相关技术指标确定，应用对主存的需求不断扩大

存储系统的层次话结构

CPU访问到的存储系统具有Cache的速度，辅存的容量和价格

L1 Cache集成在CPU中，分数据Cache(D-Cache)和指令Cache(I-Cache）

早期L2 Cache在主板上或与CPU集成在同一电路板上。随着工艺的提高L2Cache被集成在CPU内核中，不分D-Cache和I-Cache

哈佛结构是一种将指令储存和数据储存分开的存储器结构，可支持：数据和指令并行储存、指令预取，提高处理器的执行效率；另外，指令和数据可有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度

目前使用哈佛结构的：PIC系列、摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。

层次化的理论基础

• 局部性原理
• 时间局部性:
  • 现在被访问的信息2在不久的将来还将再次被访问;
  • 时间局部性的程序结构体现： 循环结构
• 空间局部性 ：
  • 现访问信息2 ，下一次访问2附近的信息。
  • 空间局部性的程序结构体现：顺序结构

数据组织

存储字长

主存的一个存储单元所包含的二进制位数

目前大多数计算机的主存按字节编址，存储字长也不断加大,如16位字长、32位字长和64位字长

ISA设计时要考虑的两个问题：：

a)如何根据字节地址读取一个32位的字？- 字的存放问题

b)一个字能否存放在主存的任何字节边界？- 字的边界对齐问题

数据存储与边界的关系

1)按边界对齐的数据存储

2)未按边界对齐的数据存储

虽节省了空间，但增加了访存次数！需要在性能与容量间权衡！

3)边界对齐与存储地址的关系（以32位为例）

•双字长数据边界对齐的起始地址的最末三位为000(8字节整数倍；

•单字长边界对齐的起始地址的末二位为00(4字节整数倍)；

•半字长边界对齐的起始地址的最末一位为0(２字节整数倍)。

大端与小端存储方式

静态存储器工作原理

SRAM存储单元结构和工作原理

静态存储器的结构

动态存储器工作原理

SRAM存储单元的不足：晶体管过多，存储密度低，功耗大

DRAM存储单元的基本结构

DRAM存储单元的工作原理

DRAM存储单元的刷新

DRAM与SRAM的对比

其它结构的DRAM存储单元

存储拓展

存储扩展的基本概念及类型

无论哪种类型的存储扩展都要完成CPU与主存间地址线、数据线、控制线的连接

位扩展举例

字扩展举例

字位同时扩展举例