半导体与存储器原理
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更新于2024-08-13
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"本资源是关于计算机组成原理的第四章——存储器的讲解,主要涵盖了半导体、存储器的基本概念、虚拟存储器的工作原理、存储器的扩展方法、错误检测与纠正、以及主存和缓存的编址策略等内容。"
在计算机科学中,存储器是计算机系统中的关键组成部分,它负责保存程序和数据。半导体材料,如硅和锗,是制造存储器的基础,其导电性介于导体和绝缘体之间,这使得它们能够被用于制造晶体管和场效应管等电子元件,这些元件是现代存储器的核心。
存储器分为多种类型,包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。其中,RAM是临时存储程序和数据的地方,而ROM则保存固定的系统信息,即使断电也不会丢失。虚拟存储器是一种高级技术,它通过将部分程序和数据调入主存执行,其余部分保留在辅助存储(如硬盘)上,实现了超过物理主存容量的逻辑内存。操作系统会自动管理和调度这部分内存,使得程序可以按需加载和执行。
扩展存储器容量的方法主要有位扩展法和字扩展法。位扩展法通过连接多个芯片来增加数据位数,以满足存储器字长要求;字扩展法则通过组合小容量的存储芯片来构建大容量的存储器,通常涉及地址线的复用。
错误检测和纠正机制在存储器中至关重要。例如,海明码是一种常用的纠错编码,通过添加校验位,可以在数据传输或存储过程中检测并纠正错误。若n位码中有一位错误,可能导致n个错误代码,因此需要k位校验来确保正确性。
单体多字系统和多体并行系统是两种不同的存储组织方式。单体多字系统中,所有存储单元共享同一地址线,但每个存储体可以独立读写数据,提高了数据访问效率。而多体并行系统允许多个请求源同时访问不同存储体,实现并行处理,提高系统性能。
主存和缓存的地址映射是优化存储系统的关键。主存地址通常比缓存地址位数多,因为主存容量大。地址被划分为固定大小的块,每个块对应缓存中的一个位置。这种分块策略简化了地址映射,同时有助于提高缓存的命中率。缓存容量越大,一般来说,命中率越高,因为能更多地存储常用数据,减少对较慢主存的访问。
地址映射过程将主存地址转换为缓存地址,这个过程可以通过直接映射、组关联和全关联等方式实现,每种方式有其独特的优势和应用场景,以适应不同系统的性能需求。
2021-12-05 上传
2010-05-24 上传
2021-09-17 上传
2021-10-10 上传
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2022-06-19 上传
2021-10-08 上传
程九一
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