5.1 概述
5.1.1 计算机中的存储器
存储器的分类：
- 主存：本意为“记忆装置”。多指存储器的整体(包括：记录介质，有关电路和其他部件)
- 辅存：本意为“仓库”。多指记录介质本身(包括：磁盘、固态盘、磁带、存储阵列等)
存储器的层次结构：
- 寄存器、SRAM、DRAM、本地磁盘、远程二级存储
- 速度从快到慢 / 容量从小到大 / 价格从高到低
5.1.2 存储器分类
#重点 易失/非易失，对应存储器
| 分类标准 | 类型 |
|---|---|
| 在计算机中的作用 | 寄存器型（触发器） 高速缓冲存储器（SRAM） 主存储器（DRAM） 辅助存储器（磁、光） 控制存储器、表格存储器、字库、数据缓冲存储器 |
| 存储介质 | 半导体存储器（触发器、电容，用作内存） 磁表面存储器（陶瓷玻璃、非磁性金属或塑料载磁体磁化后有两种剩磁状态，用作外存） 光盘存储器（有机玻璃磁化后晶态/非静态表示信息，存储速度比硬盘慢） 铁电、相变、阻变存储器 |
| 存储方式 | 随机存储器（RAM，主存和Cache） 只读存储器（ROM） 相联存储器（CAM，Cache中的快表） 直接存储存储器（DAS，慢，磁盘） 顺序存储器（SASA，磁带） |
| 存储器中信息是否可保存 | 断电后是否丢失：挥发性存储器（SRAM, DRAM）、非挥发性存储器（ROM, 磁盘，闪存） 读出后是否保持：破坏性存储器（DRAM）、非破坏性存储器（SRAM） |
5.1.3 内存的指标
存储容量：存储 bit 的数量。 存取时间 $T_A$：存数据/取数据操作的所用时间。 存储周期 $T_S$：连续两次存储操作中间的间隔时间。 $T_A < T_S$
存储宽度：一次访存操作可存取的数据位数。 存储带宽：一秒的最大传输 bit 量。
可靠性：MTBF 两次故障的平均时间间隔。
功耗：$P=UI$，分维持功耗和工作功耗。 集成度：单个存储芯片的存储容量。
| 内存 | 外存 | |
|---|---|---|
| 速度 | 慢 | 快 |
| 成本 | 低 | 高 |
| 容量 | 大 | 小 |
| CPU访问 | 不可以 | 可以直接 |
| 易失 | 非易失性存储器 | 易失性存储器 |
5.1.4 随机存取存储器（RAM）
#重点 SRAM/DRAM 的特点、应用、区别
SRAM通过触发器互补两个状态（六管静态MOS电路）
- 分为位线 $D_0, D_1$ 和字线 $W$，读写时设置字线 $W = 1$，位线读写信息。
- 只要供电，数据就会保持，无需刷新
- 通常使用线选法：字线输入一维地址（行），位线选择对应的列，来读写。
DRAM通过电容充放电（单管动态MOS电路）
- 结构：一个电容+一个晶体管，有一个字线、位线和记忆电容。
- 写数据：位线上加高/低电平，让记忆电容对数据线充放电。
- 读数据：位线读出电压，让数据线放电。
- 电容中的电荷易失，定义在 2ms 内刷新。
- 优点：原件小、功耗小、集成度高。
- 通常使用位片式：每行每列都有字线，二维地选择地址，位线选择对应位置读写。需要复用地址引脚，输入两次地址。
| DRAM | SRAM | |
|---|---|---|
| 存储原理 | 电容 | 触发器 |
| 集成度 | 高 | 低 |
| 芯片引脚 | 少 | 多 |
| 速度 | 慢(10X) | 快(1X) |
| 价格 | 低(1X) | 高(100X) |
| 刷新 | 有 | 无 |
| 应用 | 主存、帧缓冲区 | 高速缓存存储器 |
5.1.5 只读存储器（ROM）
ROM：按地址寻址，只能被随机读而不能随机写的半导体存储器 特点：
- 在工作过程中，信息只能读不能写
- 非破坏性随机存取，无需再生
- 信息用特殊方式写入，非易失性存储器
| 分类 | 描述 |
|---|---|
| 固定掩膜 MROM | 厂家写入数据，制作完成后不能再改变 价格便宜，结构简单，集成度高 |
| 可编程 ROM，PROM | 脱机编程写入 写入 1 时在行列交叉点熔断熔丝，熔断之后信息改变 |
| 可多次改写 ROM，EPROM | 用紫外线编程写入，可以多次读写 封装时需要遮光处理，避免光擦除 |
| 可多次改写 ROM，EEPROM | 可在线擦除和编程，无需遮光处理 缺点：速度慢、集成度低 |
5.2 主存储器
5.2.1 主存储器逻辑设计
CS：片选信号 WE：写使能信号 #重点 存储器的字扩展、位扩展，熟悉怎么设计，如何接线、地址的范围、空间的范围
| 存储容量扩展类型 | 特点 | 引脚连接 |
|---|---|---|
| 位扩展 $mk \times n \to mk \times N$ | 字数不变，位数扩展 需要 $\lceil N/n\rceil$ 片芯片 | 地址端、CS、WE 分别并接（同时读/写） 数据读写端：单独引出（不同的位置） |
| 字扩展 $mk\times n \to Mk\times n$ | 字数扩展，位数不变 需要 $\lceil M/m\rceil$ 片芯片 | 地址端（对应实际的低位地址码）、WE、数据读写端分别并接 CS：和高位地址码的译码结果连接 |
| 字位同时扩展 $mk\times n \to Mk\times N$ | both 需要 $\lceil N/n\rceil\lceil M/m\rceil$ 片芯片 | 地址端（对应实际的低位地址码）、WE 分别并接 CS：和高位地址码的译码结果连接，同一行并接同一个译码结果 数据读写端：同一列并接到同一位 |
