存儲器:保存信息的記憶設備-中文百科頻道

概述

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數據，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數據的存取。存儲器是具有“記憶”功能的設備，它采用具有兩種穩定狀态的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。

在計算機中采用隻有兩個數碼“0”和“1”的二進制來表示數據。記憶元件的兩種穩定狀态分别表示為“0”和“1”。日常使用的十進制數必須轉換成等值的二進制數才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符，例如英文字母、運算符号等，也要轉換成二進制代碼才能存儲和操作。

存儲器：存放程序和數據的器件；

存儲位：存放一個二進制數位的存儲單元，是存儲器最小的存儲單位，或稱記憶單元；

存儲字：一個數（n位二進制位）作為一個整體存入或取出時，稱存儲字；

存儲單元：存放一個存儲字的若幹個記憶單元組成一個存儲單元；

存儲體：大量存儲單元的集合組成存儲體；

存儲單元地址：存儲單元的編号；

字編址：對存儲單元按字編址；

字節編址：對存儲單元按字節編址；

尋址：由地址尋找數據，從對應地址的存儲單元中訪存數據；

能接收和保存數據，并能根據指令提供所保存的數據的裝置。在計算機主機内的存儲器稱為“主存儲器”，簡稱“主存”或“内存”。内存可由中央處理機直接訪問，接收和提供數據速度比較快，但容量有一定限制。為了彌補内存存儲量的不足，往往在主機之外使用磁盤、磁帶等作為“輔助存儲器”，簡稱“輔存”或“外存”。

在計算機控制下，主存儲器與輔助存儲器之間成批交換數據和指令。較早的計算機采用磁芯作内存。20世紀70年代初，随着大規模集成電路技術的發展，半導體存儲器亦得到飛速發展。從使用功能上來分，半導體存儲器分為随機存取存儲器與隻讀存儲器兩大類。外存亦經曆了由磁盤到光盤的發展。

結構組成

構成存儲器的存儲介質，目前主要采用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩态半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元，它可存儲一個二進制代碼。由若幹個存儲元組成一個存儲單元，然後再由許多存儲單元組成一個存儲器。一個存儲器包含許多存儲單元，每個存儲單元可存放一個字節。

每個存儲單元的位置都有一個編号，即地址，一般用十六進制表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。假設一個存儲器的地址碼由20位二進制數（即5位十六進制數）組成，則可表示220，即1M個存儲單元地址。每個存儲單元存放一個字節，則該存儲器的存儲容量為1KB。

按照與CPU的接近程度，存儲器分為内存儲器與外存儲器，簡稱内存與外存。内存儲器又常稱為主存儲器（簡稱主存），屬于主機的組成部分；外存儲器又常稱為輔助存儲器（簡稱輔存），屬于外部設備。CPU不能像訪問内存那樣，直接訪問外存，外存要與CPU或I/O設備進行數據傳輸，必須通過内存進行。在80386以上的高檔微機中，還配置了高速緩沖存儲器（chache），這時内存包括主存與高速緩存兩部分。對于低檔微機，主存即為内存。

把存儲器分為幾個層次主要基于下述原因：

1、合理解決速度與成本的矛盾，以得到較高的性能價格比。半導體存儲器速度快，但價格高，容量不宜做得很大，因此僅用作與CPU頻繁交流信息的内存儲器。磁盤存儲器價格較便宜，可以把容量做得很大，但存取速度較慢，因此用作存取次數較少，且需存放大量程序、原始數據（許多程序和數據是暫時不參加運算的）和運行結果的外存儲器。

計算機在執行某項任務時，僅将與此有關的程序和原始數據從磁盤上調入容量較小的内存，通過CPU與内存進行高速的數據處理，然後将最終結果通過内存再寫入磁盤。這樣的配置價格适中，綜合存取速度則較快。

為解決高速的CPU與速度相對較慢的主存的矛盾，還可使用高速緩存。它采用速度很快、價格更高的半導體靜态存儲器，甚至與微處理器做在一起，存放當前使用最頻繁的指令和數據。當CPU從内存中讀取指令與數據時，将同時訪問高速緩存與主存。如果所需内容在高速緩存中，就能立即獲取；如沒有，再從主存中讀取。高速緩存中的内容是根據實際情況及時更換的。這樣，通過增加少量成本即可獲得很高的速度。

2、使用磁盤作為外存，不僅價格便宜，可以把存儲容量做得很大，而且在斷電時它所存放的信息也不丢失，可以長久保存，且複制、攜帶都很方便。

工作原理

這裡隻介紹動态存儲器(DRAM)的工作原理。

動态存儲器每片隻有一條輸入數據線，而地址引腳隻有8條。為了形成64K地址，必須在系統地址總線和芯片地址引線之間專門設計一個地址形成電路。使系統地址總線信号能分時地加到8個地址的引腳上，借助芯片内部的行鎖存器、列鎖存器和譯碼電路選定芯片内的存儲單元，鎖存信号也靠着外部地址電路産生。

當要從DRAM芯片中讀出數據時，CPU首先将行地址加在A0-A7上，而後送出RAS鎖存信号，該信号的下降沿将地址鎖存在芯片内部。接着将列地址加到芯片的A0-A7上，再送CAS鎖存信号，也是在信号的下降沿将列地址鎖存在芯片内部。然後保持WE=1，則在CAS有效期間數據輸出并保持。

當需要把數據寫入芯片時，行列地址先後将RAS和CAS鎖存在芯片内部，然後，WE有效，加上要寫入的數據，則将該數據寫入選中的存貯單元。

由于電容不可能長期保持電荷不變，必須定時對動态存儲電路的各存儲單元執行重讀操作，以保持電荷穩定，這個過程稱為動态存儲器刷新。PC/XT機中DRAM的刷新是利用DMA實現的。首先應用可編程定時器8253的計數器1，每隔1⒌12μs産生一次DMA請求，該請求加在DMA控制器的0通道上。當DMA控制器0通道的請求得到響應時，DMA控制器送出到刷新地址信号，對動态存儲器執行讀操作，每讀一次刷新一行。