電腦中的記憶體的作用是什麼,為什麼越大越好

時間 2022-07-30 16:10:03

1樓:洗澡水

記憶體最小的物理單元是位,從本質上來講,位是一個位於某種二值狀態(通常是0和1)下的電氣單元。

八位組成一個位元組,這樣組合的可能有256種(2的8次方)。位元組是記憶體可訪問的最小單元,每個這樣的組合可代表單獨的一個資料字元或指令。ascii碼字符集實際上只使用了7位,因此支援128種可能的字元。

對於所有的26個英文字母(包括大小寫)、數字和特殊字元來說,這個數目完全夠用。某些語種的字元數目比較龐大,因此它們可能會使用「雙位元組」字符集(例如漢字)。

pc機上所使用的記憶體可以分為兩大類,分別是隻讀記憶體(rom)和隨即訪問記憶體(ram)。從它們的名字上可以看出,rom資料不能隨意更新,但是在任何時候都可以讀取。即使是斷電,rom也能夠保留資料。

至於ram則在任何時候都可以讀寫,因此ram通常用作作業系統或其他正在執行的程式的臨時儲存介質(可稱作系統記憶體)。不幸的是,掉電時ram不能保留資料,如果需要儲存資料,就必須把它們寫入到一個長期的儲存器中(例如硬碟)。正因為如此,有時也將ram稱作「可變儲存器」。

ram記憶體可以進一步分為靜態ram(sram)和動態記憶體(dram)兩大類。由於實現方法上的差異,dram要比sram慢。sram由邏輯電晶體組成,資料採用觸發的方式進行儲存。

因此改變和讀取記憶體單元格的速度非常快。而dram使用電容儲存資料。由於電容會逐漸放電,所以必須週期性的對它重新充電(即:

重新整理)。由於在執行讀操作時電容也會放電,因此每次讀操作之後也必須重新充電。重新整理操作需要佔用時鐘週期,這可能會影響到其他的操作。

雖然sram比dram的速度要快近10倍,但是它的**也要比dram貴許多—

事實上,sram要比dram貴近10倍。

記憶體的使用

使用rom記憶體來儲存pc上的bios程式非常理想,後者是一個基本的載入程式。這個載入程式非常小,可以駐留在較小的記憶體中(小於2mb)。rom記憶體包括可程式設計rom(prom)、可擦寫可程式設計rom(eprom)、電可擦寫可程式設計rom(eeprom)等等。

目前bios一般使用eeprom,由於它可以通過加電擦除改寫,由此能夠對bios進行程式升級,從而在晶片中置入新的載入程式。這就是所謂的「閃寫bios」。

起初的微機都是朝著廉價低檔方向設計,其元件的成本也很低,系統記憶體也一直使用廉價(因此速度也慢)的dram。在pc出現時,dram的速度足夠處理8086/8088

4.77mhz的匯流排速度,甚至在較快的80286處理器(匯流排速度可達12mhz,或80ns)上也是如此。

隨著80386的出現,時鐘速度可以達到20mhz、25mhz、甚至33mhz時,當時現有的dram就不能滿足速度的要求。

為了消除處理器和主存速度之間的不一致,設計人員開始在主機板上使用少量的sram記憶體,它們執行在系統匯流排速度下,用來儲存最近使用過的資料。儘管sram的速度要比dram快很多,但是沒過多久處理器的速度就再次超過了主機板快取的速度。在80486出現時,其晶片內部已經置入了8k的sram快取,因為它執行在cpu速度下,因此被稱作第一層(l1)快取,而主機板上的快取則被稱作l2。

今天高效能的系統仍在沿用這種「記憶體層次結構」。

記憶體方面值得關注的問題

所有的dram的基本核心都相同,因此內部速度也相同,而等待時間也都相對比較大。在過去幾年中,人們設計出了許多方案來優化或消除這些侷限,然而結果往往是某個方面得到了改善,而另外某個方面卻不如以前。由於sram的成本相對較高,行業的競爭相當激烈,因此dram仍然是大容量系統記憶體唯一可行的選擇,包括在圖形子系統中常常也是如此。

sram記憶體通常僅用作快取:外部快取(位於主機板上)或者內部快取(內建到處理器或dram晶片中很少量的一部分)。

處理器主頻的發展速度是相當驚人的,因此記憶體設計人員不得不在不顯著提高其成本的前提下大力提高dram的速度。如果處理器需要一個以上的時鐘週期來執行一條指令,而記憶體子系統可以以慢兩到三倍的速度執行,那麼記憶體還能夠和cpu速度相協調。隨著處理器效能越來越優良,已經可以在一個時鐘週期內執行一條甚至多條指令。

不幸的是,雖然處理器目前的速度可以達到500mhz,但是主存的速度卻侷限於100mhz(在某些情況下可能會達到133mhz)。這時記憶體和處理器之間的速度就存在失調現象。造成這種失調的主要原因是,主存通常使用dram,這種型別的記憶體本身就太慢了。

人們提出了許多設計sram和dram的方法並付諸實施。每種方法都希望能夠著解決一定情況下的速度問題。然而不幸的是,我們還沒有找到一種「理想」的記憶體體系結構來解決所有的問題。

因為任何人都沒有能夠做到顯著的提高dram的速度而不用顯著的提高其成本。

目前的發展方向

處理器的速度仍在飛速的增長。大約在2023年主流處理器的速度將達到1ghz。現在正在使用的記憶體很快就會顯得太慢,當然很快也會出現新的設計方案。

在過去的一些年中,人們提出了許多種設計方案,但是由於營銷和公司政策方面的原因,它們或被捨棄,或侷限於很小的應用範圍。

sram和dram記憶體經歷了一個逐步演變的過程,從單晶片、非同步、單排結構發展到多晶片、同步的多排結構,同時還採用了更多的先進技術,例如流水線操作、脈衝模式訪問以及資料預取。此外還專門為圖形、通訊以及其他應用設計了專用的dram。有一點似乎是確定的——處理器和記憶體都將漸漸變得越來越廉價,生命週期也會相對變短許多。

最終我們可能會看到這樣一個局面:不僅l2快取被嵌入到了晶片中,整個系統ram也被嵌入了進來。到那時由於dram可以執行在,或者接近於,處理器速度下,因此沒有必要再使用sram快取。

記憶體的升級也就是處理器的升級,然而總**仍然維持在一個相對較低的水平上。

參考資料:http://www.ii8888.com

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3樓:

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