计算机存储层次结构：主存与CPU的连接及操作

该资源是南航计算机组成原理课件的一部分，主要讲解了存储器层次结构，特别是关于地址寄存器、主存结构、读写操作以及存储器的不同类型。内容涉及地址译码器的工作原理、主存的访问时机、高速缓冲存储器（cache）和虚拟存储器的基本概念。 在计算机系统中，地址寄存器（Memory Address Register, MAR）是一个关键部件，用于暂时存储主存单元的地址，当CPU需要从主存中读取或写入数据时，它会将要访问的地址加载到MAR中。同时，地址译码器根据输入的地址信号来选择主存中的特定单元，其输入是36位的主存地址，输出是一组地址驱动信号，使得对应地址的存储单元被选中。由此，CPU可以在64GB的地址空间内访问主存（按字节编址计算），但要注意这个空间大小并不等于实际的主存容量。 主存通常由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个字节的数据。读写控制电路管理着数据的传输，通过数据线进行数据的读取和写入，而读/写控制信号决定了数据的流向。当CPU执行指令时，例如取指、取数据或存数据，就会触发对主存的访问。 存储器层次结构包括了主存、高速缓存（cache）、虚拟存储器等，旨在提高数据访问速度和系统效率。高速缓存利用程序访问的局部性原理，将近期频繁访问的数据保存在高速、小容量的缓存中，以减少对较慢主存的访问。虚拟存储器则通过地址映射技术，使得程序可以运行在比实际物理内存大的多的虚拟地址空间上，实现了大程序的运行。 存储器的分类包括随机存取存储器（RAM）、顺序存取存储器（SAM）、直接存取存储器（DAM）和相联存储器（AM）。RAM是最常见的类型，如内存，其特点是读写时间与地址无关。而SAM如磁带，访问速度取决于数据的位置。DAM如磁盘，虽然可以直接定位到数据块，但在读写数据时仍需顺序操作。AM如快表，允许根据内容而非地址查找数据。 半导体存储器，如双极型存储器，是基于半导体材料构建的，速度快但功耗较高，常用于高速缓存和动态随机存取存储器（DRAM）等应用中。不同的存储介质，如磁带、磁盘和闪存等，有着不同的性能和应用场景。 这一课件内容涵盖了存储系统的多个重要方面，对于理解计算机如何高效处理和存储数据至关重要，尤其对于准备南航考研的学生来说，这部分知识是必须掌握的基础。