存储器层次结构：RAM, SRAM, DRAM与非易失性存储

"本资料是关于第6章存储器层次结构的课程讲义，由哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院的吴锐教师讲解。内容涵盖了存储技术的发展趋势、局部性原理以及存储器层次结构中的高速缓存，特别是随机访问存储器（RAM）的分类，包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的比较，以及增强型DRAM如SDRAM和DDRSDRAM的介绍。此外，还提及了非易失性存储器如ROM、PROM、EPROM和EEPROM的特性。" 在计算机系统中，存储器扮演着至关重要的角色。存储器层次结构是优化性能和成本的关键设计，它包括高速缓存、主存和辅助存储器等多个层次。高速缓存，如SRAM，因其快速访问但高昂的成本，通常用于缓存频繁访问的数据，以减少对较慢主存的访问。SRAM具有四位或六位晶体管结构，无需刷新，但需要错误检测和校正（EDC）。相比之下，DRAM存储密度更高，成本更低，但访问速度较慢且需要定期刷新，适用于作为主存。 DRAM的发展历程中，同步DRAM（SDRAM）引入了同步控制，行地址复用等技术，显著提升了数据传输速率。随后的DDRSDRAM进一步提升，每个时钟周期在每个引脚上可以传输两次数据，预取缓冲区的大小逐步增大，如DDR2和DDR3。随着技术进步，DDR4成为主流，被广泛应用于服务器和桌面系统，例如Intel Core i7处理器就支持DDR3和DDR4。 非易失性存储器，如只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、可擦除PROM（EPROM）和电可擦除PROM（EEPROM），则提供了在断电后仍能保留数据的能力。ROM在制造时写入数据，之后不可更改；PROM和EPROM允许用户进行一次编程或擦除；而EEPROM可以通过电子信号进行多次擦除和重写，常用于配置存储和固件更新等场景。 存储器层次结构的设计旨在平衡性能和成本，通过利用数据的局部性原则，即程序倾向于连续访问相同或相邻的数据，有效地提高系统整体的运行效率。理解存储器的工作原理和技术细节对于优化系统性能和设计高效软件至关重要。