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移动端

1.2.1 存储器结构

《计算机科学概论(第12版)》第1章数据存储,在本章中,我们学习有关计算机中数据表示和数据存储的内容。我们要研究的数据类型包括文本、数值、图像、音频和视频。除了传统计算外,本章的很多内容还涉及数字摄影、音频/视频录制和复制,以及远程通信等领域。本节为大家介绍存储器结构。

作者:刘艺/吴英/毛倩倩 译来源:人民邮电出版社|2018-01-28 20:07

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1.2 主存储器

为了存储数据,计算机包含大量的电路(如触发器),每一个电路能够存储一个位。这种位存储器被称为计算机的主存储器(main memory)。

1.2.1 存储器结构

计算机的主存储器是由称为存储单元(cell)的可管理单位组成的,一个典型存储单元的容量是8位。因为一个8位的串称为一个字节(byte),所以一个典型存储单元的容量是一个字节。像微波炉这样的家用电器中嵌入的小型计算机的主存储器,可能仅仅包含几百个存储单元,但是大型计算机的主存储器可能有几十亿个存储单元。

虽然计算机中没有左或右的概念,但是我们通常假设存储单元的位是排成一行的。该行的左端称为高位端(high-order end),右端称为低位端(low-order end)。高位端的最左一位称作高位或最高有效位(most significant bit)。取这个名称是因为,如果把存储单元里的内容解释为数值,那么这一位就是该数的最高有效数字。类似地,低位端的最右一位称为低位或最低有效位(least significant bit)。于是,我们可以如图1-7所示的那样描述字节型存储单元的内容。

为了区分计算机主存储器中的各存储单元,每一个存储单元都被赋予了一个唯一的“名字”,称为地址(address)。这类似于通过地址找到城市里的一座座房屋。不过,存储单元中的地址都是用数字表示的。更精确地说,我们把所有的存储单元都看作是排成一行的,并按照这个顺序从0开始编号。这样的编址系统不仅为我们提供了唯一标识每个存储单元的方法,而且也给存储单元赋予了顺序的概念(见图1-8),这样就有了诸如“下一个单元”“前一个单元”的说法。

将主存储器中的存储单元和每个存储单元中的位都进行排序,会产生一个重要的结果:计算机主存储器的所有二进制位会实际排成一长行。这个长行上的片段可以存储的位模式因此比单个存储单元要长。特别是,我们只需要两个连续的存储单元就可以存储16位的串。

为了做成一台计算机的主存储器,实际存放二进制位的电路还组合了其他的电路,这个电路使得其他电路可以在存储单元中存入和取出数据。以这种方式,其他电路可以通过电信号请求从存储器中得到指定地址的内容(称为读操作),或者通过请求把某个位模式存放到指定地址的存储单元里(称为写操作)。

因为计算机的主存储器是由独立的、可编址的存储单元组成的,所以可以根据需要独立访问这些存储单元。为了反映用任何顺序访问存储单元的能力,计算机的主存储器常被称为随机存取存储器(random access memory,RAM)。主存储器的这种随机存取特性,与1.3节中将要讨论的海量存储系统,形成了鲜明的对比,在海量存储系统中,长位串被当作合并块来操控。

尽管我们介绍说,触发器是存储二进制位的一种方法,但是在现代的大多数计算机中,RAM都是用其他类似的更复杂的技术制造的,这些技术可以让RAM高度小型化、响应时间更短。其中许多技术将位存储为可快速消散的电荷。因此,这些设备需要附加电路(称为刷新电路),在1秒内反复补充电荷很多次。因为它的这种不稳定性,通过这种技术构造的计算机存储器常被称为动态存储器(dynamic memory),于是就产生了术语DRAM(读作“DEE-ram”),用来表示动态RAM(dynamic RAM)。有时动态存储器会用术语SDRAM(读作“ES-DEE-ram”)来表示同步DRAM(synchronous DRAM),采用这种附加技术可以缩短从存储单元取出信息所需要的时间。


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