考研408《计算机组成原理》复习笔记，第三章(1)——存储系统概念

一、回顾存储器基础概念

这一章其实大部分内容我在第一章概述的时候就详细介绍过了，没看过的可以去这个文章再看一下：

考研408《计算机组成原理》复习笔记，第一章计算机系统概述_计算机组成原理考研-CSDN博客

【主存储器】简称【主存】，位于计算机内部，所以也称为【内存】，是计算机的临时存储设备，断电就没有数据了，用于存储当前正在处理的数据和程序。当一个程序运行时，就是放在内存里运行
【辅助存储器】也称为【外存】，用于长期存储数据，速度相对较慢，但非易失性，断电后数据不会丢失。当一个程序、一些数据暂时用不到的时候，就是放到外存，等要用了再放到内存
- 辅存(外存)主要包括：
  - 内置磁盘：如内置在计算机内部的机械硬盘（HDD）或固态硬盘（SSD）。
  - 外置磁盘：如外置硬盘、U盘、光盘、软盘等。

小例子：

当时大一的我的电脑只有C盘、D盘，已经存满了要爆了，于是我就上网查怎么扩大存储，网上就说要买【内存条】

然后我就去问了一个淘宝商家，当时我还很纳闷，怎么电脑的内存条体积这么小，才16GB，那不是买了跟没买一样？

；

结果人家客服明白我的需求之后说，我要买的应该是【固态硬盘】，而不是【内存条】

原来【内存条】对应的是【运行】的大小，也就是计算机运行时内存能存储的大小，内存越大，就越能同时运行多个软件、或者运行体积很大的那些游戏

这就是为什么内存条不需要多大，因为【主存】的目的只是计算机的临时存储设备，用于存储当前正在处理的数据和程序。

；

而【固态硬盘】对应的是【存储】的大小，也就是为什么固态硬盘会有几TB的庞大容量，【辅存】的作用就是长期永久的存储，速度相对较慢，但非易失性，断电后数据不会丢失

二、存储器分类（很繁琐，但很重要）

1、整体分类记忆表

这个考试知识点是我下面的概括，背熟这个表

（这里看不懂的概念请看下面的图片解释，但是不用记下面图片里那么多字，你只需要记住这个表，自己找个白纸，把表格里面挖空自己填一遍！！！！）

我简单讲一下怎么记：

一个程序要运行的时候必须依赖主机里面的内存和CPU内部寄存器，这些寄存器容易失忆，断电就没；但是外存断电后还能保存数据，所以【按可保存性】就能记住了吧？
【按可改写性】：除了BIOS和光盘其他都可读可写，这两就是有特殊原因不让写入
【按存取方式】：磁带最LOW，因为顺序存储就是最耗时间的；光盘和机械硬盘次LOW，它两在磁带基础上改进成直接存储，但是可以去b站看相关视频，直接存储就是那个磁盘上的探针不再是固定的，可以摆动访问任意磁盘上任意一个地方；最后最屌就是随机存储器，可以发现表格里BIOS、固态硬盘、内存......这些通通都是直接插在电脑电路板里面的！！！！
【按存储介质】：可以发现随机存储器的这些BIOS、固态硬盘、内存......这些通通都是直接插在电脑电路板里面的，那能插在电路板的都是半导体，那些绿不拉几的电子板就是半导体了；然后光盘顾名思义嘛，光存储器；磁带和机械硬盘就是磁存储器了
【按功能和存取速度】：看下面解释你就记住了

2、【ROM】【RAM】【CAM\AM】概念

这里我有个区别于全网其他所有博主的介绍方式，我觉得很有必要把：

【RAM】【ROM】【CAM、AM】这几个不同技术类型的存储器也标明在这，虽然这是后面章节要详细讲解的重点，但是如果分离开来单独讲，怎么能有一个总体的框架呢？考试问到ROM、RAM、CM、内存、固态硬盘......这些的区别分类，怎么能够互相联系起来？

；

这是一个整体的框架，我希望大家能按照这样有个大致的了解，然后这里我也将简单介绍【RAM】【ROM】【CAM、AM】。。。等知识点，后面下一章我会详细讲解这几个很重要的知识点！！！！！

；

这是我在《操作系统引导流程》写过的知识点：

《考研408《操作系统》复习笔记，全网最最详细【没有之一】！！！第四章《操作系统引导流程》_408复习笔记-CSDN博客》

其中【RAM（Random Access Memory）】和【ROM（Read Only Memory）】知识点如下

还有这几个知识点：

【顺序存取存储器】又叫【SAM】（ Sequential Access Memory ）
【直接存取存储器】又叫【DAM】（Direct Access Memory ）
【SAM】【DAM】它两都属于【串行访问存储器】的细分类
SRAM和DRAM属于RAM，是下一章的重点！！！！

3、【BIOS】寄存器解释

这里需要介绍一下【BIOS芯片】，它是

半导体介质的存储器
随机存储器
只允许读出，不允许写入
具有非易失忆性
输入辅存

        为什么呢？我在《操作系统》的文章讲过，BIOS是一个计算机的开机流程最最最重要的部件：

考研408《操作系统》复习笔记，全网最最详细【没有之一】！！！第四章《操作系统引导流程》_408复习笔记-CSDN博客

(可以大概看一下，当然学《操作系统》的兄弟可以顺便好好背一下这块)

总之：

        【BIOS】程序是ROM的引导程序，又叫“自举程序”、“硬件自检程序”，当我们开机那一刻CPU第一个执行的就是内存里的【ROM】的【BIOS】程序

        它会先检查我们计算机的硬件，比如内存有没有插上、显卡坏没坏、缺啥零件没有.....然后【BIOS】检查没问题之后，就会CPU就会来到内存的【RAM】，开始运行其他程序

        所以可以知道：BIOS芯片里的检查程序都是固定写死的，而且是和外存一样一直保存、断电后依旧保存数据，而且都叫它芯片了，凡是芯片都是半导体材质（可以上网查半导体是啥），而且硬盘、芯片这些电脑上的 “电子板” 都是随机存取

如果BIOS允许被写入，那它的自检程序不就容易乱套，到时开机都开不了？而且要想写入BIOS不得先允许写入ROM吗，但是ROM本身就不让写入啊？如果它容易失忆，断电就没了数据，那开机的时候他怎么做到第一个启动并运行？如果他不是随机存储，那开机检查不得慢死？

        所以现在能否记住了。。。。这还记不住的话就回家吧好吗，你比较适合做一头猪，你家的猪怎么活的你就怎么活

4、针对各分类的依据的概念解释

【功能和存储速度分类】

这里需要记住：

在主机里含有（程序运行时主要依赖的几个寄存器）：
CPU里有更快、但是存储容量更小的存储器：
寄存器存储器（最快的）
高速缓冲存储器Cache（次快）

主存（内存）：比上面两个慢，但是比外存快，也比外存容量小

在主机外有辅存（外存）：主要为内存提供大量保存好的数据，供内存读出写入

；

；

【按介质分类】

；

；

【按存取方式】

记住【随机存储器】又叫【RAM】

别忘了除了这三还有一个【特殊的】，不按地址进行存取、而是按内容存取的————————【按内容访问存储器CAM（content addressed memory）】和【相联存储器AM（associative memory）】

；

；

【可改写性】

记住RAM是可被写入的

记住【只读存储器】又叫【ROM】，不允许被写入

；

；

【可保存性】

这个我前面解释【内存】和【外存】的时候已经解释得很清楚了，要是还不懂你就回家吧

记住【RAM随机存储器】是【易失忆】

记住【ROM只读存储器】是【非易失忆】

三、主存基本物理原理概念

1、半导体元件物理原理

王道的课里引入了半导体元件的原理，但是我作为计算机专业的学生，我看了一下考题也不怎么考察半导体原理内容，这部分可能数字电路专业的朋友有需要吧，那这里我就放一张图理解一下就行

另外真的感兴趣想理解的，我推荐一个B站科普视频，讲得更好，动画做得非常好：

用最好的动画为你讲解--内存的原理_哔哩哔哩_bilibili

CPU中寄存器的原理_哔哩哔哩_bilibili

简单来说就是一个存储字里多个存储元件都用一根线连接他们的MOS“开关”，这样这个线就能控制这一整个存储字的数据【同时被读】或【同时被写入】

注意区分：【存储字长的长度由存储体结构大小决定，不一定长】、【但是1字节固定死就是8bit】

2、主存的工作基本原理

首先主存是根据【地址】来【随机访问】的

；

；

【存储体】、【存储单元】这些概念我也在《第一章计算机系统概述》讲过了，不了解的可以去看：考研408《计算机组成原理》复习笔记，第一章计算机系统概述_计算机组成原理考研-CSDN博客

；

；

        这里开始引入【地址译码器】这个概念，我们【MAR地址寄存器】去找数据或指令的地址的时候不是直接找的，还得隔着一个中介【地址译码器】

        他会把N位的二进制地址，变成仅1位的编号，每个地址连着一个地址线，当确认是某个地址时，这个地址线就会发出1的信号，从而选中这个地址的存储单元

        这张图更明显地展示了各个数据引线的细节，可以MAR的地址000经过地址译码器翻译，翻译成第0个存储单元的存储字，然后这个存储单元的存储字一次性被读入到MDR，然后由数据总线传给CPU用

（注意这么几个细节：

片选线又叫：CS是chip select、CE是chip enable，他的作用是通过低电平选中主存中的其中一块芯片来运行，其他芯片就高电平不被选中运行
WE\OE是2跟操控允许读和允许写入的线；当然有的情况也可以把WE\OE合并成一根WE线，由高低电平控制是读还是写）

        可见CPU要访问主存存储体里的某个地址的存储体，需要先经过【MAR地址寄存器】——>然后经过【地址译码器】——>然后选中存储单元

        这里倒是有个考点，就是会根据一个存储器的结构参数————来问你它所需要的引脚线是多少根，这就需要你去根据要求看（地址线有几根？数据线有几根？片选线1根、读写线是合二为一的WE 1根？还是分开的WE\OE 2根？后面例题会讲）

这里需要注意上面几个专业概念

其中：【N × M位】代表——>【N 个存储单元个数 × M bit存储字长】