# 3.2 主存储器

## 一、主存储器概述

### 1.1 主存储器的功能

**主存储器（Main Memory）**：
- 存放CPU当前执行的程序和数据
- CPU直接访问
- 工作速度高
- 容量相对较小

### 1.2 主存储器的组成

**存储体**：
- 存储单元的集合
- 每个单元存放一个字或字节

**地址译码器**：
- 将地址转换为存储单元的选通信号

**读写控制电路**：
- 控制读写操作
- 产生读写时序

**数据缓冲器**：
- 暂存读写数据

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## 二、随机存取存储器（RAM）

### 2.1 静态RAM（SRAM）

**存储单元**：
- 6个晶体管组成的触发器
- 双稳态电路

**特点**：
- 速度快（ns级）
- 不需要刷新
- 功耗较高
- 集成度低
- 价格高

**应用**：
- Cache
- 寄存器

### 2.2 动态RAM（DRAM）

**存储单元**：
- 1个晶体管 + 1个电容
- 电容存储电荷表示数据

**特点**：
- 速度慢（几十ns）
- 需要定期刷新
- 功耗较低
- 集成度高
- 价格低

**刷新**：
- 原因：电容漏电
- 周期：2ms
- 方式：集中刷新、分散刷新、异步刷新

**应用**：
- 主存储器

### 2.3 SRAM vs DRAM

| 特性 | SRAM | DRAM |
|-----|------|------|
| 存储单元 | 6T触发器 | 1T1C |
| 速度 | 快 | 慢 |
| 刷新 | 不需要 | 需要 |
| 功耗 | 高 | 低 |
| 集成度 | 低 | 高 |
| 价格 | 高 | 低 |
| 应用 | Cache | 主存 |

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## 三、只读存储器（ROM）

### 3.1 掩膜ROM（MROM）

**特点**：
- 工厂制造时写入数据
- 不可修改
- 成本低（大批量）

### 3.2 可编程ROM（PROM）

**特点**：
- 用户可一次性编程
- 编程后不可修改
- 熔断丝或反熔丝技术

### 3.3 可擦除可编程ROM（EPROM）

**特点**：
- 紫外线擦除
- 可多次编程
- 擦除时间长

### 3.4 电可擦除可编程ROM（EEPROM）

**特点**：
- 电擦除
- 可字节擦写
- 擦写次数有限

### 3.5 Flash存储器

**特点**：
- 电擦除
- 块擦除
- 非易失性
- 擦写次数有限（10万次）

**类型**：
- NOR Flash：随机读取快，用于代码存储
- NAND Flash：密度高，用于数据存储

**应用**：
- U盘
- SSD
- 存储卡
- BIOS

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## 四、存储器的扩展

### 4.1 位扩展

**目的**：
- 增加存储字长

**方法**：
- 多个存储芯片并联
- 地址线、控制线并联
- 数据线分别引出

**例子**：
- 用8片1K×1位芯片组成1K×8位存储器

### 4.2 字扩展

**目的**：
- 增加存储字数

**方法**：
- 多个存储芯片串联
- 数据线、控制线并联
- 地址线分段，用译码器选择芯片

**例子**：
- 用4片1K×8位芯片组成4K×8位存储器

### 4.3 字位同时扩展

**方法**：
- 同时进行位扩展和字扩展

**例子**：
- 用8片1K×4位芯片组成4K×8位存储器

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## 五、存储器与CPU的连接

### 5.1 连接信号

**地址线**：
- CPU输出，选择存储单元

**数据线**：
- 双向传输数据

**控制线**：
- 读控制（RD或MREQ）
- 写控制（WR或WE）

### 5.2 存储器芯片选择

**片选信号（CS）**：
- 选择特定芯片
- 由高位地址译码产生

**译码方式**：
- 线选法：简单，但地址不连续
- 全译码法：地址连续，无重叠
- 部分译码法：介于两者之间

### 5.3 读写时序

**读周期**：
1. CPU发送地址
2. 片选有效
3. 读控制有效
4. 存储器输出数据
5. CPU读取数据
6. 读控制无效
7. 片选无效

**写周期**：
1. CPU发送地址
2. CPU发送数据
3. 片选有效
4. 写控制有效
5. 存储器写入数据
6. 写控制无效
7. 片选无效

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## 六、双端口存储器和多模块存储器

### 6.1 双端口存储器

**特点**：
- 两个独立的端口
- 可同时访问
- 提高带宽

**冲突处理**：
- 同时访问同一地址时产生冲突
- 需要仲裁逻辑

### 6.2 多模块存储器

**单体多字**：
- 一次读取多个字
- 提高带宽

**多体并行**：
- 多个独立的存储体
- 可并行访问
- 低位交叉编址或高位交叉编址

**低位交叉编址**：
- 连续地址分布在不同存储体
- 适合顺序访问
- 提高带宽

**高位交叉编址**：
- 连续地址在同一存储体
- 适合并行访问不同区域

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## 七、考研重点

1. **主存储器的组成**

2. **RAM**：
   - SRAM：结构、特点、应用
   - DRAM：结构、特点、刷新、应用
   - SRAM vs DRAM

3. **ROM**：
   - MROM、PROM、EPROM、EEPROM
   - Flash存储器

4. **存储器的扩展**：
   - 位扩展
   - 字扩展
   - 字位同时扩展

5. **存储器与CPU的连接**：
   - 连接信号
   - 片选和译码
   - 读写时序

6. **双端口存储器和多模块存储器**

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*下一节：3.3 高速缓冲存储器Cache*