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中老年人学电脑摄影博客

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关于我

我从事中老年人摄影、计算机教育行业,在哈尔滨老年人大学任教,在从事摄影、计算机教育13年当中11年从事中老年人摄影、计算机教育,是国内最早从事中老年人计算机教育者之一,给我的感觉是中老人学得快,忘的快,人非常好,乐观向上。是我学习的榜样,我非常感谢中老年朋友,让我在学习和工作中得到了宝贵财富。

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内存 : 什么是内存  

2009-09-12 09:23:23|  分类: 硬件学堂 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     内存最小的物理单元是位,从本质上来讲,位是一个位于某种二值状态(通常是0和1)下的电气单元。

  八位组成一个字节,这样组合的可能有256种(2的8次方)。字节是内存可访问的最小单元,每个这样的组合可代表单独的一个数据字符或指令。ascii码字符集实际上只使用了7位,因此支持128种可能的字符。对于所有的26个英文字母(包括大小写)、数字和特殊字符来说,这个数目完全够用。某些语种的字符数目比较庞大,因此它们可能会使用“双字节”字符集(例如汉字)。

  pc机上所使用的内存可以分为两大类,分别是只读内存(rom)和随即访问内存(ram)。从它们的名字上可以看出,rom数据不能随意更新,但是在任何时候都可以读取。即使是断电,rom也能够保留数据。至于ram则在任何时候都可以读写,因此ram通常用作操作系统或其他正在运行的程序的临时存储介质(可称作系统内存)。不幸的是,掉电时ram不能保留数据,如果需要保存数据,就必须把它们写入到一个长期的存储器中(例如硬盘)。正因为如此,有时也将ram称作“可变存储器”。

  ram内存可以进一步分为静态ram(sram)和动态内存(dram)两大类。由于实现方法上的差异,dram要比sram慢。sram由逻辑晶体管组成,数据采用触发的方式进行存储。因此改变和读取内存单元格的速度非常快。而dram使用电容存储数据。由于电容会逐渐放电,所以必须周期性的对它重新充电(即:刷新)。由于在执行读操作时电容也会放电,因此每次读操作之后也必须重新充电。刷新操作需要占用时钟周期,这可能会影响到其他的操作。虽然sram比dram的速度要快近10倍,但是它的价格也要比dram贵许多—事实上,sram要比dram贵近10倍。

内存的使用

  使用rom内存来保存pc上的bios程序非常理想,后者是一个基本的引导程序。这个引导程序非常小,可以驻留在较小的内存中(小于2mb)。rom内存包括可编程rom(prom)、可擦写可编程rom(eprom)、电可擦写可编程rom(eeprom)等等。目前bios一般使用eeprom,由于它可以通过加电擦除改写,由此能够对bios进行程序升级,从而在芯片中置入新的引导程序。这就是所谓的“闪写bios”。

  起初的微机都是朝着廉价低档方向设计,其组件的成本也很低,系统内存也一直使用廉价(因此速度也慢)的dram。在pc出现时,dram的速度足够处理8086/8088

4.77mhz的总线速度,甚至在较快的80286处理器(总线速度可达12mhz,或80ns)上也是如此。

  随着80386的出现,时钟速度可以达到20mhz、25mhz、甚至33mhz时,当时现有的dram就不能满足速度的要求。

  为了消除处理器和主存速度之间的不一致,设计人员开始在主板上使用少量的sram内存,它们运行在系统总线速度下,用来保存最近使用过的数据。尽管sram的速度要比dram快很多,但是没过多久处理器的速度就再次超过了主板缓存的速度。在80486出现时,其芯片内部已经置入了8k的sram缓存,因为它运行在cpu速度下,因此被称作第一层(l1)缓存,而主板上的缓存则被称作l2。今天高性能的系统仍在沿用这种“内存层次结构”。

内存方面值得关注的问题

  所有的dram的基本内核都相同,因此内部速度也相同,而等待时间也都相对比较大。在过去几年中,人们设计出了许多方案来优化或消除这些局限,然而结果往往是某个方面得到了改善,而另外某个方面却不如以前。由于sram的成本相对较高,行业的竞争相当激烈,因此dram仍然是大容量系统内存唯一可行的选择,包括在图形子系统中常常也是如此。sram内存通常仅用作缓存:外部缓存(位于主板上)或者内部缓存(内置到处理器或dram芯片中很少量的一部分)。

  处理器主频的发展速度是相当惊人的,因此内存设计人员不得不在不显著提高其成本的前提下大力提高dram的速度。如果处理器需要一个以上的时钟周期来执行一条指令,而内存子系统可以以慢两到三倍的速度运行,那么内存还能够和cpu速度相协调。随着处理器性能越来越优良,已经可以在一个时钟周期内执行一条甚至多条指令。不幸的是,虽然处理器目前的速度可以达到500mhz,但是主存的速度却局限于100mhz(在某些情况下可能会达到133mhz)。这时内存和处理器之间的速度就存在失调现象。造成这种失调的主要原因是,主存通常使用dram,这种类型的内存本身就太慢了。

  人们提出了许多设计sram和dram的方法并付诸实施。每种方法都希望能够着解决一定情况下的速度问题。然而不幸的是,我们还没有找到一种“理想”的内存体系结构来解决所有的问题。因为任何人都没有能够做到显著的提高dram的速度而不用显著的提高其成本。

目前的发展方向

  处理器的速度仍在飞速的增长。大约在2000年主流处理器的速度将达到1ghz。现在正在使用的内存很快就会显得太慢,当然很快也会出现新的设计方案。在过去的一些年中,人们提出了许多种设计方案,但是由于营销和公司政策方面的原因,它们或被舍弃,或局限于很小的应用范围。

  sram和dram内存经历了一个逐步演变的过程,从单芯片、异步、单排结构发展到多芯片、同步的多排结构,同时还采用了更多的先进技术,例如流水线操作、脉冲模式访问以及数据预取。此外还专门为图形、通信以及其他应用设计了专用的dram。有一点似乎是确定的——处理器和内存都将渐渐变得越来越廉价,生命周期也会相对变短许多。最终我们可能会看到这样一个局面:不仅l2缓存被嵌入到了芯片中,整个系统ram也被嵌入了进来。到那时由于dram可以运行在,或者接近于,处理器速度下,因此没有必要再使用sram缓存。内存的升级也就是处理器的升级,然而总价格仍然维持在一个相对较低的水平上。

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