计算机组成原理：存储系统详解

"第三章 存储系统.pdf" 在计算机组成原理中，存储系统是至关重要的组成部分，它涉及到了多种类型的存储器以及相关的概念。本章主要涵盖了SRAM和DRAM存储器，存储器的扩展，多模块交叉存储器，Cache的工作原理及应用，以及虚拟存储器。 首先，存储器被分为多个层次，包括高速缓冲存储器(Cache)、主存储器(RAM)和辅助存储器(HDD/SSD)。存储器按照单位存储内容的不同，可以分为字存储单元和字节存储单元，前者存放一个机器字，后者存放一个字节。存储容量是指存储器能够容纳的存储单元总数，而存取时间和存储周期是衡量存储器性能的关键指标，前者是从发送读/写命令到操作完成所需的时间，后者是连续两次读/写操作之间所需的最短时间间隔。存储器带宽则表示单位时间内存储器可以处理的数据量。 接着，我们探讨了两种主要的半导体存储类型：静态读写存储器(SRAM)和动态读写存储器(DRAM)。SRAM具有快速存取的优点，但其容量相对较小；而DRAM则以大容量为特点，但存取速度相对较慢。SRAM的基本结构包括存储元、地址线、数据线和控制线。通过地址译码器确定具体存储单元进行读写操作。DRAM的工作原理与SRAM类似，但需要定期刷新以保持数据，因为它的存储依赖于电容的电荷状态。 在SRAM的读写过程中，地址线输入特定地址，地址译码器将这个地址转换为对特定存储单元的操作。读操作时，数据从存储单元传输到缓存，再由I/O总线传递到内存；写操作则反之，数据从I/O总线进入存储单元。对于更复杂的存储器，如图2所示的双译码器结构，行译码器和列移码器用于增加寻址能力，提供更大的存储容量。 DRAM的设计则更为复杂，因为它需要考虑如何维持电容的电荷，以防止数据丢失。这通常通过定时的刷新操作实现，即定期读取并重新写入每个存储单元以保持数据。 此外，本章还介绍了Cache的工作原理，Cache是位于CPU和主存之间的高速小容量存储，用于减少主存访问延迟。Cache的工作基于局部性原理，通过替换策略管理数据，提高数据访问效率。最后，虚拟存储器的概念也被提及，它是通过将主存和辅存联合使用，创建出比实际物理内存更大的逻辑内存空间，使得程序可以运行在大于实际物理内存大小的环境中。 这些知识点是计算机科学和工程的基础，对于理解和设计现代计算机系统至关重要。然而，本文档仅作为学习笔记，可能存在错误，读者应结合其他资源进行深入学习。