計算機組成原理 三 儲存器

2021-10-21 21:33:46 字數 2328 閱讀 4302

儲存器也是計算機組成的重要部件,充分認識各儲存器是乙個必要的過程。

儲存器的分類:儲存器按照訪問方式進行分類分為ram,rom和普通磁碟

ram:隨機儲存器,統一特點為資料斷電即失,根據構造不同又被區分為靜態儲存器(sram)和動態儲存器(dram)

sram:靜態儲存器,只要通電,裡面的資料就會一直存在,由電晶體組成,6個電晶體左右才能組成乙個bit的資料,電路簡單,隨存隨取速度極快,極快,極快。但是因為成本比較高常被用作cpu快取記憶體儲存器。

dram:動態儲存器,動態儲存器是基於電容設計的儲存器,因為電容會自己放電,所以需要定時充電重新整理,一般是2ms左右重新整理一次,所以叫做動態儲存器,因為乙個電容就能表示乙個位元,所以密度大,容量遠大於sram,雖然成本也很高,但是常被用作電腦的記憶體條。

rom:唯讀儲存器,統一特點為斷電不會失效,只要不壞資料可以永久儲存。最為常見的如u盤,和ssd固態硬碟都屬於rom。

rom讀寫雖然略慢於dram,但是兩者並沒有達到數量級的差距,但是dram可以被用作記憶體,但是rom不可以。這是因為rom的資料讀取是按照塊進行讀取的,擦除也只能整塊擦除,只有當整塊資料塊都沒用了,這個資料塊才會被擦除,所以經常產生無用的記憶體碎片,並且做不到位元組級別的顆粒度,所以不能被用作記憶體即 主儲存器,只能作為外部儲存器使用。

那麼隨著時間的推移,記憶體碎片堆積,過多堆滿了怎麼辦?

答案是資料交換 完成資料整理,日常生活中我們所使用的ssd固態硬碟或者u盤儲存大小根本見不到滿的,如理論儲存大小256g的固態硬碟,很多只標記為240g,那麼預留出來的這大約16g的空間,就是在滿了之後用於資料整理的,u盤同理。256g是建築面積,240g是使用面積,16g就是公攤了。

磁碟:只說hdd機械硬碟

hdd機械硬碟同樣是我們經常使用的外部儲存裝置,在ssd依然偏貴的今天,hdd仍然作為大容量儲存被使用。hdd的讀寫速度取決於轉速,轉速越高,定址和資料讀取也就更快,相比較ssd,兩者順序訪問資料並不存在數量級的差異,但是hdd定址較慢,探針會按照一定的規則一圈一圈的定址,但是耐用性要比ssd高。

那麼各種儲存器可以用下面一張金字塔圖來表示

接下來來到重中之重,主存

乙個主儲存器一般包含

儲存體:用於資料儲存,儲存體中包含大量的儲存單元,每個儲存單元的大小與cpu的位數相同,也與一條資料匯流排的寬度相同,通過片內匯流排連線每乙個儲存體,如64位cpu對應的主儲存器的每個儲存單元是64位也就是 8位元組。

位址解碼器:用於翻譯位址資訊。

讀寫電路:用於控制資料輸入輸出。

mdr:資料暫存器,有的課程中會把這個暫存器歸類到cpu裡,其實兩者意義是一樣的,這個暫存器向外對接資料匯流排,向里連線讀寫電路,主要用於資料傳輸,其大小等於儲存體大小,等於資料匯流排寬度。

mar:位址暫存器,有的課程中會把這個暫存器歸類到cpu裡,其實兩者意義是一樣的,這個暫存器向外對接位址匯流排,向里連線位址解碼器。暫存器的大小直接關乎到定址範圍即主儲存器可使用容量的大小,因為cpu的最小定址範圍是位元組,所以乙個主儲存器的可使用大小等於2的mar次方個位元組。

以現代64位cpu為例,位址線的寬度一般為40位以上,所以乙個40位位址線的cpu最大可以支援2的40次方位元組,已經1tb了,而現代計算機位址線寬度基本都大於40位了,所以有土豪說自己電腦記憶體1tb也是可能的。這也是為什麼32位作業系統支援的記憶體大小不超過4g的原因,即使是全滿32位的位址線也才支援4g,這裡邊還牽扯到早期系統需要進行記憶體交換,類似於linux的swap區,所以往往可以使用的大小都是不夠4g的。

說了那麼多,那麼乙個cpu訪問主存讀取資料的過程(暫不考慮快取)就應該是:

cpu發起匯流排控制請求,獲得匯流排控制權,通過位址匯流排向主存傳送位址資訊,位址解碼器翻譯位址資訊找到對應的資料,cu傳送控制訊號修改讀寫電路,將資料存放到mdr,交由資料匯流排傳送給cpu。

計算機組成原理 儲存器

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