计算机组成原理-程序员宅基地
第四章 存储系统
一.存储系统的基本概念
1.存储器的层次化结构
经常使用的程序会从主存想cache复制写入一份，能够更快的更频繁的使用。辅存的速度越快，辅存读入主存的速度也就会越快，开机的速度也就越快。
2.存储器的分类
层次：
存储介质：
存储器的功能：存放二进制信息
1.半导体存储器
2.磁表面存储器
3.光存储器（以光为存储介质）
存取方式：
随机存取存储器：（RAM）读写任何一个存储单元所需要的时间都相同，与存储单元所在的物理位置无关；RAM在断电之后存储信息会消失。
相联存储器：可以按照内容检索到存储为止进行读写，“快表”就是一种相联存储器
串行访问存储器（与物理位置有关）：
顺序存取存储器（SAM）：读写一个存储单元所需要的时间取决于存储单元所在的物理位置；
直接存取存储器（DAM）：既有随机存取特性，也有顺序存取特性。先直接选取信息所在区域，然后按照顺序方式存取。
信息的可更改性：
读写存储器-------既可以读也可以写（如：磁盘、内存、cache）
只读存储器-------只能读，不能写（如：实体音乐专辑通常采用CD-ROM，实体电影采用蓝光光碟，BIOS通常写在ROM中）ROM在断电之后依然会保持原来的信息。
3.存储器的性能指标
存储容量：存储字数*字长
单位成本：每位价格=总成本/总容量
存储速度：数据传输率=数据的宽度（存储字长）/存储周期。
①存取时间(Ta）存取时间是指从启动一次存储器操作到完该操作所经历的时间，分为读出时间和写入时间。
②存取周期(Tm):存取周期又称为读写周期或访问周期。它是指存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立地访问存储器操作(读或写操作)之间所需的最小时间间隔。
主存带宽(Bm):主存带宽又称数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量，单位为字/秒、字节/秒 (B/s) 或位/秒 (b/s)
二.主存储器的基本组成
1.基本的半导体元件及其原理
主存储器是由存储体和MAR和MDR组成的，也就是右面的图示，那么存储体里面会有很多存储单元，它又由许多存储元组成，固定个数的存储元组合成一个存储单元又叫存储字，存储字有几个存储元，就是存储字长。所以字就是由若干个字节组成的。如下图所示。
那么我们的存储元的工作原理就是数字逻辑电路里所学的MOS管，如果不好理解，就简单的认为它是一种电控制开关，输入电压达到某个阈值时，MOS管就可以接通。
存储器芯片的基本原理：（如果大家感兴趣可以看这篇文章译码器）
通过译码器和不同的逻辑门和片选线来实现，如下图所示：
将内部详细的东西进行封装，如下图所示：
上面这张图片需要大家记忆，是课后习题里面常见的一种表示形式，。
在题目中也会出现说题目是按字编址（地址指向一个字）还是按字节编址（地址指向一个字节）。
三.DRAM和SRAM
首先DRAM为动态RAM，SRAM为静态RAM；
DRAM主要用于主存、SRAM主要用于cache
栅极电容和双稳态触发器
四.Cache基本原理基本概念
1.存储器系统存在的问题
双端口RAM、多模块存储器提高存储器的工作速度，因为主存和CPU之间会存在速度的差异，所以对存储体系的改善就是在CPU和主存之间加上了一个新的Cache的存储器来进行缓解。
在CPU会从内存一条一条的取指令，如果你正在和别人在视频那么CPU只能够用到视频相关的指令代码，其他的内容就需要进行等待 这样会导致速度不匹配。
那么我们在主存和CPU之间加上一层cache高速缓冲区之后，它还是只能读用到的相关指令代码吗？
局部性原理：
空间局部性：在最近的未来要使用到的信息（指令和数据），很可能与现在正在使用的信息在存储空间上是临近的。（顺序上连续数组元素、顺序执行的指令代码）
时间局部性：在最近的未来要使用到的信息，很可能是现在正在使用的信息。（循环结构的指令代码）
基于局部性原理，不难想到，可以把CPU目前访问的地址“周围”的部分数据放到cache中。
如果按照程序B的方式（以列为单位访问内存）执行的话空间局部性会更差。
性能分析：
命中率H：CPU欲访问的信息已经在Cache中的比率
未命中率：M=1-H
例题：
可以把CPU目前访问的地址“周围”的部分数据放到Cache中，如何界定周围？
注意： 每次被访问的主存块，一定会被立即调入Cache。
待解决的问题：
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