"该资源是关于计算机原理及应用的第5-6讲,主题聚焦于存储器及其与CPU的接口。文件涵盖了存储器的分类、性能指标、不同类型的存储器如只读存储器(ROM)和随机读写存储器(RAM),以及存储器体系结构中的高速缓冲存储器和寄存器等组件的介绍。此外,还讨论了存储器的层次结构、存取时间、功耗、可靠性和性价比等关键性能参数。"
在深入探讨计算机存储器之前,我们需要理解存储器的基本概念。存储器是计算机系统的重要组成部分,它负责存储程序和数据。存储器通常分为两大类:内存(或主存储器)和辅助存储器。内存包括高速缓冲存储器和主存储器,它们与CPU直接交互,而辅助存储器(如硬盘)则用于长期存储,速度相对较慢但容量大。
存储器的性能主要由以下几个指标衡量:
1. 存储容量:表示存储器能存储的数据量,通常以字节或字为单位。
2. 存取时间:读取或写入数据所需的时间,是衡量存储器速度的关键指标。
3. 功耗:运行存储器所需的电力,对于便携式设备尤其重要。
4. 可靠性:存储数据的稳定性,包括错误率和数据保留能力。
5. 性价比:性能与价格的比例,影响了存储器在实际应用中的选择。
半导体存储器按照不同特性进一步细分:
- 按位置:内部存储器(如RAM和寄存器)和外部存储器(如硬盘和闪存驱动器)。
- 按工艺:双极型和MOS型(金属-氧化物-半导体)。
- 易失性与非易失性:断电后数据是否会丢失。
- 可读写性:只读存储器(ROM)和可读写存储器(如RAM)。
- 读写顺序:顺序读写(如磁带)和随机读写(如RAM)。
- 动态/静态:动态RAM(DRAM)需要定期刷新,静态RAM(SRAM)则不需要。
- 异步/同步:异步存储器与系统时钟不同步,同步存储器与系统时钟同步。
- 串行/并行:数据传输方式。
只读存储器(ROM)主要用于存储固定的、不需修改的信息,例如固件或BIOS。常见的ROM类型有:
- 掩膜ROM:在制造过程中预编程,不可更改。
- PROM:用户可以一次性编程,但不可再次修改。
- EPROM:可擦除并重写,使用紫外线照射擦除。
- EEPROM/E2PROM:电可擦除并可多次编程。
- 闪存:NOR和NAND两种类型,广泛应用于移动设备和固态硬盘。
在微型计算机系统中,存储器的层次结构起着关键作用,从高速缓存(Cache)到主存再到硬盘,形成一个金字塔结构,以平衡速度和容量。高速缓存位于CPU内或附近,提供快速访问最近使用的数据,从而提高整体系统性能。主存储器(RAM)作为CPU的主要工作空间,承担着临时存储指令和数据的任务。而辅助存储器虽然速度慢,但提供了大量存储空间。
这个文档深入介绍了计算机存储器的基础知识,对理解计算机系统的工作原理至关重要。无论是硬件工程师还是软件开发者,对这些知识的掌握都能帮助他们更好地优化系统性能和设计更高效的解决方案。