图片来源：南京大学软件学院COA课程PPT

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8 内部存储器

原来是32位机器，那么内存一般是4GB，因为2³²次方就是4GB，再多插内存条也没有用，因为地址最多2³²个，因此最多就只能区分出这么多的单元

就相当于房间数不能增加了，如果想要增大，那么只能增加房间里可以住的人数，即提高寻址能力

Q：每个计算机所能访问的地址有限？

n长01串决定了2ⁿ个地址，由计算机的设计决定的，不由总线（地址线）决定。eg. 16位的线可以传2次表示32位地址

一个位元是一个bit，有两种状态，用来代表0和1，至少要能被写入一次，否则不存储信息是没用的

早期的存储器是由磁芯制作的，其原理为：将磁环（磁芯）带磁性或不带磁性之状态，用以代表1或0之比特，磁芯存储器是非易失性存储器(Non-volatile Memory)，即使死机或电源中断，只要没有发生错误的写入信号，则仍然可保有其内容。

RAM

易失的volatile，断电内容丢失

动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）

由于这种需要定时刷新的特性，因此被称为“动态”存储器，刷新会影响访问，所以访问速度会变慢

一般用于主存

静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）

所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。当电力供应停止时，SRAM储存的数据还是会消失

一般用于高速缓存

与SRAM相比，DRAM的优势在于结构简单——每一个比特的数据都只需一个电容跟一个晶体管来处理，相比之下在SRAM上一个比特通常需要六个晶体管。正因这缘故，DRAM拥有非常高的密度，集成度高，体积小，单位体积的容量较高因此成本较低。但相反的，DRAM也有访问速度较慢，耗电量较大的缺点。

传统异步DRAM，CPU不知道何时主存才能准备好数据，所以要一直等待着，而同步DRAM则为主存与时钟信号同步，会在固定的若干个事时钟周期后准备好数据，所以CPU只要那个时间点去取数据即可，中间可以完成其他的事情

这样CPU就不需要区等待数据的存取，而是知道会在哪个时钟周期完成数据的存取，到时后再去执行即可，而中间时间CPU则可以进行其他操作

注意这里的时钟不是CPU时钟

• SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟上升期进行数据传输；

• 而DDR则是一个时钟周期内可传输两次数据，也就是在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。使得数据传输数率更快

ROM

通过掩膜来写入，写入一次后就不能再写入，只能读

使用电信号来写入

主要进行读操作的存储器

EPROM

光擦除，电写入，注意要写入前要擦除之前的内容才行

EEPROM

可以随时写入而不删除之前的内容

但速度慢，写操作每字节需要几百微秒

密度低

Flash Memory

其中2048x2048x4，前两个表示有这么多行和列，4表示一个单元是4个bit，说明由4个2048*2048的位元阵列构成

尽可能排成正方形，这样可以减少线的数量，如果100个单元排成一排，那么寻址需要100根线，而如果是10X10排，那么只要20根线组合即可，只要把要寻址的行和列进行加电，那么就可以选中交叉的那个单元

2048=2^11，所以需要11根线，图中的行/列地址缓冲器可以一次由11位的地址线传入行，下一次再传入列，当两者都有后，再去找存储单元

• 集中式刷新：停止所有读写操作并刷新，这样内存就是一会工作一会不工作，对计算机影响很大

• 分散式刷新：在每个存储周期中，当完成读写时刷新，刷新时间和集中式是一样长的，只是把这段时间分散到多个周期内，因此不会出现突然不工作的情况，因为刷新时间就是死区，那么没有刷新时间就没有死区，所以分散式刷新不存在死区。代价就是，由于把刷新时间融入到了存取周期中，导致存取T周期变长

  这里是每次读写完这个行后，就刷新这个行，并且不考虑CPU一直读取一行而导致其他行没有被刷新的情况，默认CPU从第一行一直读取到最后一行，所以刷新间隔就为行数个存取周期

  再用概率的视角来看，每一行被读/写的概率几乎相同，若把时间扩展到足够长，读取次数足够多（即从宏观的视角），每一行被读取的次数几乎是相同的，那么平均来看，从微观来看，我们也可以近似的看成cpu每一次都读/写了不同行。

• 异步刷新（效率高，常用）：设置一个时间间隔，在这个间隔内要保证每一行都被刷新一次，至于在间隔中什么时候刷新，是根据被不被访问来决定的，如果现在被访问，就不刷新，不被访问就刷新。但如果一直被访问，那么可能会去影响读写强行刷新

  

  它将每一行的刷新都分开来，也就是说只要在规定的时间完成对每一行一次的刷新就行了，(2ms/64)间隔进行一次一行的刷新,这里的2ms是规定的，因为DRAM要求，至少2ms更新所有行一次。

  每一行只要在最大刷新周期（不刷新/充电就丢失数据的极限时间）内，找个每一行它自己觉得方便的时候刷新即可。

  这样在读写的时候也能刷新，把刷新时间放在了读写中，读写这行就刷新其他行

  所以说，异步式刷新所说的某行在Xms内至少刷新一次=每（Xms/行数）至少刷新一行。在上述的例子中，就是每4ms内至少刷新一次 = 每(4ms/256=15.6ms)至少刷新一行。

1. 某一行充一次电/刷新一次的时间，也等于一个存取周期（存储周期）。

2. 刷新间隔：所有存储单元都刷新一遍所需要的时间，也是两次所有存储单元开始刷新之间间隔的时间。

图中内存条上黑色的是芯片，芯片连接在一起是通过板子上的金属线

• 位扩展：地址线不变，数据线增加。如1bit到8bit，数据线要增加8倍，几个bit就要几根

• 字扩展：改变寻址单元个数，但不改变每个单元中的位数，即寻址能力不变。地址线增加，数据线不变。

  16K=2¹⁴，所以换成行列除2，因此地址线需要7条。变成64K=2¹⁶，所以地址线需要8根 （因为行列复用，所以扩大四倍只要多加1根线即可，如果不复用则要多加两根）

• 字、位同时扩展：地址线和数据线都增加

只能插1根、2根、4根，而且要先插相同颜色

多插内存条是字扩展，寻址能力不会变

主存地址的低3位是用于选片的，注意数据的存放方式，在一个芯片上不是连续的，而是在不同芯片的同一位置连续存放。

同时地址中高位为行地址，低位为列地址

先根据行号选出整行到缓冲中，然后在从中选出列

总结