理解存储器层次结构：从主存到缓存

"该资源是关于计算机组成原理的第二版教材第四章——存储器的内容，主要探讨了存储芯片片选线的作用以及如何用16K × 1位的存储芯片构建64K × 8位的存储器。此外，还涉及了存储器的分类、存储器的层次结构、主存储器的基本组成及其工作原理。" 知识点详细说明: 1. 存储芯片片选线的作用：在构建大容量存储系统时，常用多个小容量的存储芯片组合。例如，用32片16K × 1位的存储芯片组成64K × 8位的存储器。每8片16K × 1位的芯片组成一个16K × 8位的存储块，片选线用于选择激活其中的一组，这样通过不同的片选信号，可以访问到不同的存储块，实现整个64K × 8位存储器的访问。 2. 存储器分类： - 按存储介质分：半导体（如SRAM、DRAM）、磁表面（如硬盘）、磁芯、光盘。 - 按存取方式分：随机存取（RAM）、只读存储器（ROM）、顺序存取（如磁带）。 - 按在计算机中的作用分：主存储器、辅助存储器（如硬盘、光盘）及高速缓冲存储器（Cache）。 3. 存储器的层次结构：CPU访问数据时，从高速缓存（Cache）开始，再到主存储器，最后到辅助存储器。这种层次结构是为了平衡速度、容量和成本之间的关系。缓存提供了快速访问，但容量小；主存容量较大，速度次之；而辅助存储器容量最大，速度最慢。 4. 主存储器基本组成：包括存储体、驱动器、译码器、控制电路、地址总线和数据总线。地址总线用于传输存储单元的地址，数据总线则传输数据。存储体由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个位。地址寄存器（MAR）保存要访问的存储单元地址，数据寄存器（MDR）用于暂存读出或写入的数据。 5. 主存和CPU的交互：CPU通过地址总线提供存储单元地址，通过数据总线读写数据。控制电路根据指令控制读/写操作。地址总线的位数决定了存储器的地址空间大小，而数据总线的位数决定了每次传输的数据宽度。 6. 存储器寻址方式：有两种常见的寻址方式，按字节寻址和按字寻址。例如，如果地址线有24根，按字节寻址时，地址范围是0-2^24-1，字长为8位；若按字寻址，字长为16位时，地址范围变为0-2^23-1，而字长为32位时，地址范围为0-2^22-1。 7. 地址线与字地址和字节地址的关系：地址线的高位通常决定字地址，低位决定字内的具体字节地址。例如，对于16位字长，11位地址线的高位部分（前5位）作为字地址，低位部分（后6位）作为字节地址，这样可以区分同一个字的不同字节。 这些知识点涵盖了存储器的基础理论，包括其分类、层次结构、基本组成、工作原理以及寻址方式等，对理解计算机存储系统有重要意义。