计算机组成原理—先存后取
存储系统
层次结构：CUP-寄存器->Cache->内存->辅存->外存
分类
根据存取方式
$$ 按地址访问 \begin{cases} 随机存取存储器RAM\\ 顺序存取存储器SAM\\ 直接存取存储器DAM——随机选区，顺序存取 \end{cases} $$
按内容访问——相联存储器CAM
根据信息可更改性
读写存储器
只读存储器
信息可保存性
$$ \begin{cases} 易失性存储器\\ 非易失性存储器 \end{cases} $$
$$ \begin{cases} 破坏性读出DRAM\\ 非破坏性读出SRAM \end{cases} $$
性能指标
存储容量 MDR位数反应存储字长
单位成本 总成本/总容量
存储速度 数据传输率（主存带宽）=数据宽度/存储周期（存取+恢复周期）
主存储器的基本组成
半导体元件及其原理
时序控制逻辑为地址寄存器MAR给存储体指令从数据寄存器MDR中取值放回存储体
物理结构中通过MOS管和电容构成，电容存储1/0，高电流充电表示1，低电流断电表示0.
存储器芯片的基本原理
CUP-地址总线-MAR(n位地址)——译码器-字选线($2^3$个地址)-数据线(位线)
$2^n$个储存单元
控制电路分为片选线(芯片选择信号CS多选1 芯片使能信号CE ) 读/写控制线(WE低写高读)
总容量=存储单元个数存储字长=$2^3$8bit=8B 即8*8位存储芯片
考察：金属引脚数量=地址线+片选线+控制线+数据线
寻址
假设总容量位1KB->$2^10$ 地址线：10根
按字节寻址 1K个单元，每个单元1B
按字寻址 256*4B 1号首位为100
按半字寻址 512*2B
按双字寻址 128*8B
RAM——Random Access Memory 随机存储器
断电后信息会消失，易失
DRAM
常用作Cache
栅极电容——1个MOS管——电容放电是破坏性的操作，需要重写，维持2ms，然后需要刷新
高集成度，成本低，功耗高，低发热
刷新
2ms为周期，以行为单位，每次刷新一行，排列成矩阵——行地址译码器
读出再重新写入，占用一个读写周期，分为分散(读取后刷新)集中(安排统一时间集体刷新)异步(每隔固定时间刷新一行，保证每行刷新周期内有一次)刷新
SRAM
常用作主存
双稳态触发器——6个MOS管——1：A高B低 0：A低B高——非破坏性读出，无需重写
低集成度，成本高，功耗低，高发热
主存储器与CPU的连接
以8*8单块为基础，扩展主存字数用字扩展，数据总线宽度大于存储字长位扩展
地址线$A_7$-$A_0$->译码驱动 存储矩阵 读写电路 <->数据线$D_7$-$D_0$
片选线CS/CE-> <-读写控制线WE/WR
位扩展
数据线没有用完
每次扩充内存，地址总线相同，数据总线变更，片选线和读写控制线不变
每个内存对应不同的数据总线$D_0$-$D_7$
字扩展
线选法
地址线没用完，用多余的地址线做片选线来选择芯片使用方式 CS
即01x... 为一个 10x...为第二个，n个可以有n条片选线 地址不连续
优化
增加非门(接出线头尾有⚪表示取反)构成1-2译码器，互换1与0，方便两块芯片接受不同，并使得地址空间变成00x...，11x...，地址连续
译码器片选法
用译码器代替非门的选择，n条多余的线就可以有$2^n$个选片信号。2-4，3-8
注意：接的是否是连续的地址线，可能会产生双倍的地址
字位同时扩展法
8个16k*4位的储存芯片，八根数据总线接八个储存芯片，多余的两根地址总线作为片选线
译码器的使能
除了输入端和输出端，现实中还会有enable-使能，控制译码器是否工作。其中有多使能的型号74ls138芯片，只有规定的信号命令可以让译码器工作，从而控制片选信号的生效时间。
工作时，先送出地址信号，在地址信号稳定后通过CPU的MREQ(也由高低电频控制)发出存储器请求信号。
外部存储器-辅助存储器
主要使用磁表面存储器，通过两种不同的磁场来写入01信息，另一端通过磁感应来反应信息，每次读写1bit。
优点：大容量，价格低。介质反复使用。信息长期保存不丢失甚至脱机存档。非破坏性读出，无需再生。
缺点：存取速度慢。结构复杂。对工作环境要求较高。
磁头数+柱面数+扇区数 磁盘驱动器(磁头+盘片)+磁盘控制器(硬盘存储器+主机)+盘片=磁盘存储器
磁盘的性能指标
磁盘容量，磁盘所能存储的字节总数成为磁盘容量，由是否格式化容量区分。
记录密度，包括道密度-半径上单位长度的磁道数、位密度-磁道的单位长度上的二进制代码位数、面密度位密度和道密度的乘积。
平均存取时间=磁盘控制器延迟+寻道时间+旋转延迟时间(期望为半圈)+传输时间
数据传输率，磁盘存储器在单位时间内向主机传输数据的字节数，成为数据传输率。
转速r，每条磁道容量N，Dr=rN。
磁盘地址
驱动器号2bit 一台电脑可能有多个硬盘
柱面(磁道)号8bit 移动磁头臂寻道
盘面号4bit 激活某个磁头
扇区号4bit 通过旋转将特定扇区划过磁头下方
驱动器数量 磁道数 盘面数 扇区数 每个扇区要18位二进制代码
磁盘阵列RAID
利用磁盘的廉价的特点提高存储性能、可靠性和安全性
RAID0：条带化，提高存取速度，没有容错能力
RAID1：镜像磁盘互为备份
RAID2-5：通过数据校验提高容错能力