计算机基础 - 主存

计算机需要内存来存储数据和指令。内存在物理上组织为大量能够存储一个比特的单元。逻辑上，它们被组织成称为字的比特组，并分配一个地址。数据和指令通过这些内存地址访问。访问这些内存地址的速度决定了内存的成本。内存速度越快，价格越高。

可以将计算机内存组织成一种分层的方式，其中访问速度最快且成本最高的内存位于顶部，而访问速度最低且因此成本最低的内存位于底部。根据此标准，内存分为两种类型 – 主存和辅助存储器。在这里，我们将详细了解主存。

区分主存和辅助存储器的主要特征是：

• 它由处理器直接访问
• 它是可用的最快内存
• 每个字都存储为以及
• 它是易失性的，即一旦电源关闭，其内容就会丢失

由于主存价格昂贵，因此开发了优化其使用的技术。这些是可用的主要内存的广泛类型。

RAM

RAM 代表随机存取存储器。处理器直接访问所有内存地址，而不管字长如何，从而使存储和检索速度更快。RAM 是可用的最快内存，因此也是最昂贵的。这两个因素意味着 RAM 的可用量非常少，最多 1GB。RAM 是易失性的，但可能是以下两种类型之一

DRAM（动态 RAM）

DRAM 中的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，它们存储一个数据位。但是，该单元开始失去其电荷，因此在不到千分之一秒的时间内存储的数据就会丢失。因此，它需要每秒刷新一千次，这会占用处理器时间。然而，由于每个单元的尺寸很小，因此一个 DRAM 可以拥有大量单元。大多数个人电脑的主存都是由 DRAM 制成的。

SRAM（静态 RAM）

SRAM 中的每个单元由一个存储一个比特的触发器组成。它在电源接通时保留其比特，并且不需要像 DRAM 那样刷新。与 DRAM 相比，它还具有更短的读写周期。SRAM 用于专业应用。

ROM

ROM 代表只读存储器。顾名思义，ROM 只能由处理器读取。无法将新数据写入 ROM。要存储到 ROM 中的数据是在制造阶段写入的。它们包含不需要更改的数据，例如计算机的引导序列或数学应用程序的算法表。ROM 比 RAM 慢，因此更便宜。即使电源关闭，它也能保留其数据，即它是不可变的。ROM 无法像 RAM 那样更改，但可以使用技术对这些类型的 ROM 进行编程：

PROM（可编程 ROM）

PROM 可以使用称为 PROM 编程器或 PROM 刻录机的特殊硬件设备进行编程。

EPROM（可擦除可编程 ROM）

EPROM 可以使用特殊的电信号或紫外线擦除然后编程。可以使用紫外线擦除的 EPROM 称为 UVEPROM，可以使用电信号擦除的 EPROM 称为 EEPROM。但是，处理电信号比处理紫外线更容易和更安全。

缓存内存

处理器用于快速处理的小块高速易失性内存称为缓存内存。缓存可能是主内存的保留部分、CPU 上的另一个芯片或独立的高速存储设备。缓存内存由高速 SRAM 制成。将某些数据和指令保留在缓存内存中以加快访问速度的过程称为缓存。当一组数据或指令被反复访问时，就会进行缓存。

每当处理器需要任何数据或指令时，它都会先检查缓存。如果在那里不可用，则访问主内存，最后访问辅助存储器。由于缓存速度非常快，因此每次访问它所花费的时间与如果数据确实在缓存中节省的时间相比可以忽略不计。在缓存中找到数据或指令称为缓存命中。