存储器层次结构：擦除、编程与读取操作详解

在南航计算机组成原理课程的第七讲中，主要探讨了存储器层次结构及其操作。这一讲涉及三个关键操作：擦除、编程和读取。擦除是将所有存储单元设置为1，而编程则是将特定位置的数据写入0。读取操作通过控制栅极的电压来判断存储单元的状态，当状态为0时，电路无法检测到电流，显示为0；状态为1则能检测到电流，表明为1。 第一部分介绍了存储器概述，包括记忆单元（存储元），它们是物理器件，能够表示二进制的0和1状态。存储单元或编址单位由具有相同地址的一系列位组成，构成了存储阵列或存储矩阵。存储器的地址和数据寄存器，如MAR和MDR/MBR，分别用于存放地址和存储单元中的数据。 第二讲重点讨论了主存与CPU的连接，以及其读写操作。主存模块通过地址译码逻辑与CPU相连，执行"装入"和"存储"指令时，数据在这些单元之间流动。编程操作针对的是写入0，而擦除操作则是将存储单元置为1以便覆盖原有信息。 第三讲深入剖析了高速缓冲存储器（Cache），这是为了提高数据访问速度的层次结构的一部分。程序访问的局部性原理被利用，Cache的工作原理涉及到缓存行和主存块之间的映射方式，这对程序性能有着显著影响。Cache的设计旨在快速响应常用数据请求，从而减少对主存的访问。 第四讲是关于虚拟存储器，它扩展了可用的地址空间，使得程序可以访问比实际物理内存更大的地址范围。虚拟地址空间的实现涉及到虚拟地址到物理地址的转换，同时存储保护机制确保了数据的安全性和完整性。 南航计算机组成原理课程的这部分内容涵盖了存储器的类型、工作原理、操作方式以及它们在提升计算机性能中的作用。理解这些概念对于理解现代计算机体系结构至关重要，特别是对于考研备考的学生来说，掌握这些知识对于系统的理解计算机内存管理机制和优化算法设计有着基础性的作用。