主存储器

什么是主存储器？
主存储器（Main memory），简称主存。是计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。

在介绍主存储器之前先介绍一下存储器。

• 存储器的分类
  存储器的分类标准有很多有按存储介质分类，按存取方式分类，按在计算机中的作用分类。
  这里主要展示一下按在计算机中的作用分类
  

• 存储器的层次结构
  计算机中有两个重要的层次结构，缓存-主存和主存-辅存。

  其中缓存-主存之间的数据交换由操作系统加硬件实现，解决了存储系统容量不够的问题，而主存-辅存之间的数据 交换由硬件自动完成，解决了主存和CPU速度不匹配的问题。

  辅存-主存-缓存-寄存器-主存 速度由慢到快，容量由大到小，价格由低到高。

• 存储器的性能指标
  存储容量=存储字数（存储单元个数）*存储字长（存储单元中存放的二进制代码位数）
  存取时间：启动存取到存取完这段时间
  存取周期;启动存取到存取结束这段时间+结束后与下次存取操作开始的这段间隔时间
  存储速度：数据传输率=数据宽度（存储字长）/存储周期
  数据传输率（主存带宽）：每秒从主存进出信息的最大数量（单位：字/秒 字节/秒 位/秒）

• 主存储器的基本组成

• 主存中存储单元地址的分配
  大端大尾 小端小尾
  按字寻址，按字节寻址

• 读/写操作的流程

  当CPU想从存储器中读取信息时，CPU通过地址线将地址传送给MAR，MAR对译码器给出地址信号后，这个地址信号就会由译码器转变为某一条选通线的高电平信号，这条选通线上的存储原件都会被选通，数据通过数据线传输到MDR中，CPU通过数据总线读出数据。

• 半导体存储芯片
  我一开始很迷惑为什么要介绍半导体存储芯片，现在也不是很清晰，可能是因为现在计算机的主存都是由半导体集成电路组成。
  半导体存储芯片重点分为2部分：基本结构和译码驱动方式。
  基本结构如下图所示

• 首先介绍一下存储矩阵：
  这里进行从内到外的介绍。
  1.存储元件：存储元涉及两个半导体元器件，电容（接地为0，上板加电压，形成电压差，电容充电，有电为1）和MOS管（一种电控开关，加电压通），一个存储元件可存储一位二进制内容0/1
  2.存储单元：多个存储元件组成了一个存储单元，存储元件的个数就是存储字长
  3.多个存储单元组合在一起就形成了存储矩阵

• 外部结构有三种线：地址线，数据线，控制线
  地址线：显然地址线用来传送地址，外部器件通过地址线向译码驱动电路传输地址信号，译码启动电路通过地址找到对应的存储单元，因此地址线的根数决定存储单元的个数，影响存储器的容量。
  数据线：更显然数据线用于传输数据，CPU对存储器进行读操作时一次性的读出片选线上对应的存储元件的数据。
  控制线：片选线和读/写控制线，片选线的作用后面详细讲解
  译码驱动方式

• 线选法
  eg:当MAR给译码器一个0000 0000 地址时，译码器找到第0这根线进行读/写操作。
  这样的话存储容量越大需要的地址线越多，太麻烦

• 重合法
  存储单元以二维数组的形式排列，地址也分为行地址和列地址，这样就大大降低了地址线的根数，提高了芯片的集成度