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  • 1、存储器功能: 存放指令和数据,并能由...寄存器的速度比主存储器的速度要快很多,由于寄存器的容量有限,所以将不需要操作的数据存放在主存储器中,主存储器中的数据必须放入寄存器材能够进行操作。 简单地说...

    1、存储器功能:

    存放指令和数据,并能由中央处理器(CPU)直接随机存取。

    2、寄存器功能:

    可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算;存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置,即寻址;可以用来读写数据到电脑的周边设备

    3、区别:

    • 寄存器的速度比主存储器的速度要快很多,由于寄存器的容量有限,所以将不需要操作的数据存放在主存储器中,主存储器中的数据必须放入寄存器材能够进行操作。
    • 简单地说:寄存器操作数据的地方,存储器存放数据的地方。
    • 寄存器一般是指由基本的RS触发器结构衍生出来的D触发,就是一些与非门构成的结构,一般整合在CPU内,其读写速度跟CPU的运行速度基本匹配,但因为性能优越,所以造价昂贵,一般好的CPU也就只有几MB的2级缓存,1级缓存更小。
    • 存储器在CPU外,一般指硬盘U盘等可以在切断电源后保存资料的设备,容量一般比较大,缺点是读写速度都很慢,普通的机械硬盘读写速度一般是50MB/S左右。内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生的多级存储机制。
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  • 内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生多级存储机制,从20世纪50年代开始,磁芯存储器曾一度成为主存主要存储介质,但从20世纪70年代开始,逐步被半导体存储器所取代,目前计算机都是用半导体存储器...

        存储器在CPU外,一般指硬盘,U盘等可以在切断电源后保存资料的设备,容量一般比较大,缺点是读写速度都很慢,普通的机械硬盘读写速度一般是50MB/S左右。内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生的多级存储机制,从20世纪50年代开始,磁芯存储器曾一度成为主存的主要存储介质,但从20世纪70年代开始,逐步被半导体存储器所取代,目前的计算机都是用半导体存储器。现在的DDR2内存的读写速度一般为6~8GB/S,跟机器性能也有关系。
        而寄存器(又称缓存)一般是指由基本的RS触发器结构衍生出来的D触发,就是一些与非门构成的结构,一般整合在CPU内,其读写速度跟CPU的运行速度基本匹配,但因为性能优越,所以造价昂贵,一般好的CPU也就只有几MB的2级缓存,1级缓存更小。使用寄存器可以缩短至零长度、节省存储空间,提高指令的执行速度。不同的寄存器有不同的作用,如:通用寄存器(GR)用以存放操作数、操作数的地址或中间结果;指令寄存器(IR)用以存放当前正在执行的指令,以便在指令执行的过程中,控制完成一条指令的全部功能。
        CPU计算时,先预先把要用的数据从硬盘读到内存,然后再把即将要用的数据读到寄存器。最理想的情况就是CPU所有的数据都能从寄存器里读到,这样读写速度就快,如果寄存器里没有要用的数据,就要从内存甚至硬盘里面读,那样读写数据占的时间就比CPU运算的时间还多的多。所以评价一款CPU的性能除了频率,缓存也是很重要的指标。

        一般意义上理解,寄存器是CPU里的存储单元,与CPU离得近,所以CPU在运算时通常都会用寄存器当中转站。存储器是在CPU外部的存储器,分为RAM,ROM。对单片机来说,因为存储器,CPU都在一个片内,所以寄存器是片内RAM的一部分。

    转载于:https://www.cnblogs.com/0927wyj/p/5281455.html

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  • 内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生多级存储机制,从20世纪50年代开始,磁芯存储器曾一度成为主存主要存储介质, 但从20世纪70年代开始,逐步被半导体存储器所取代,目前计算机都是用半导体...

    存储器一般在CPU外,一般指硬盘,U盘等可以在切断电源后保存资料的设备,容量一般比较大,缺点是读写速度都很慢,普通的机械硬盘读写速度一般是 50MB/S左右。内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生的多级存储机制,从20世纪50年代开始,磁芯存储器曾一度成为主存的主要存储介质, 但从20世纪70年代开始,逐步被半导体存储器所取代,目前的计算机都是用半导体存储器。现在的DDR2内存的读写速度一般为6~8GB/S,跟机器性能 也有关系。
     而寄存器(又称缓存)一般是指由基本的RS触发器结构衍生出来的D触发,就是一些与非门构成的结构,一般整合在CPU内,其读写速度跟CPU的运行速度基 本匹配,但因为性能优越,所以造价昂贵,一般好的CPU也就只有几MB的2级缓存,1级缓存更小。使用寄存器可以缩短至零长度、节省存储空间,提高指令的 执行速度。不同的寄存器有不同的作用,如:通用寄存器(GR)用以存放操作数、操作数的地址或中间结果;指令寄存器(IR)用以存放当前正在执行的指令, 以便在指令执行的过程中,控制完成一条指令的全部功能
        CPU计算时,先预先把要用的数据从硬盘读到内存,然后再把即将要用的数据读到寄存器。最理想的情况就是CPU所有的数据都能从寄存器里读到,这样读写速 度就快,如果寄存器里没有要用的数据,就要从内存甚至硬盘里面读,那样读写数据占的时间就比CPU运算的时间还多的多。所以评价一款CPU的性能除了频 率,缓存也是很重要的指标。

    总之,寄存器在cpu内部,容量小,速度快;存储器一般在cpu外部,容量大,速度慢.

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  • 寄存器与存储器物理区别

    千次阅读 2018-11-07 14:14:25
    从根本上讲,寄存器与存储器RAM元件不一样???? memory is equivalent to a lot of registers. 寄存器存在于CPU中,速度很快,但是所占面积大,数目有限; 存储器就是内存,速度稍慢,所占面积小,但数量很大...

    从根本上讲,寄存器与存储器RAM的元件不一样????

    memory is equivalent to a lot of registers.

    寄存器存在于CPU中,速度很快,但是所占面积大,数目有限;
    存储器就是内存,速度稍慢,所占面积小,但数量很大;
    计算机做运算时,必须将数据读入寄存器才能运算。

     

    Mike Ash写了一篇很好的解释,非常通俗地回答了这个问题,有助于加深对硬件的理解。下面就是我的简单翻译。

    原因一:距离不同

    距离不是主要因素,但是最好懂,所以放在最前面说。内存离CPU比较远,所以要耗费更长的时间读取。

    以3GHz的CPU为例,电流每秒钟可以振荡30亿次,每次耗时大约为0.33纳秒。光在1纳秒的时间内,可以前进30厘米。也就是说,在CPU的一个时钟周期内,光可以前进10厘米。因此,如果内存距离CPU超过5厘米,就不可能在一个时钟周期内完成数据的读取,这还没有考虑硬件的限制和电流实际上达不到光速。相比之下,寄存器在CPU内部,当然读起来会快一点。

    距离对于桌面电脑影响很大,对于手机影响就要小得多。手机CPU的时钟频率比较慢(iPhone 5s为1.3GHz),而且手机的内存紧挨着CPU。

    原因二:硬件设计不同

    苹果公司新推出的iPhone 5s,CPU是A7,寄存器有6000多位(31个64位寄存器,加上32个128位寄存器)。而iPhone 5s的内存是1GB,约为80亿位(bit)。这意味着,高性能、高成本、高耗电的设计可以用在寄存器上,反正只有6000多位,而不能用在内存上。因为每个位的成本和能耗只要增加一点点,就会被放大80亿倍。

    事实上确实如此,内存的设计相对简单,每个位就是一个电容和一个晶体管,而寄存器的设计则完全不同,多出好几个电子元件。并且通电以后,寄存器的晶体管一直有电,而内存的晶体管只有用到的才有电,没用到的就没电,这样有利于省电。这些设计上的因素,决定了寄存器比内存读取速度更快。

    原因三:工作方式不同

    寄存器的工作方式很简单,只有两步:(1)找到相关的位,(2)读取这些位。

    内存的工作方式就要复杂得多

     

    寄存器(以RS锁存器例)

    flip-flop 触发器

    latch 锁存器

    一般寄存器是指由基本的RS触发器结构衍生出来的D触发,就是一些与非门构成的结构,这个在数电里面大家都看过;

     

     

     

    单个触发器定义:https://baike.baidu.com/item/触发器/193146

    触发器的电路图由逻辑门组合而成,其结构均由R-S锁存器派生。触发器可以处理输入、输出信号和时钟频率之间的相互影响。

    在R-S锁存器的前面加一个由两个与门和一个非门构成的附加电路,则构成D触发器。

    当时钟脉冲CP为1时,读入输入端D的数据并传至输出端;当CP为0时,根据与门“只要有一个输入端为0

    则输出为0”的特性,输入端D的数据被与门屏蔽了,无法到达输出端,不管输入D怎样变化,Q端输出值都保持不变,只有等到下一个CP高电平到来时,才会把当前的D值送出。这样就实现了延迟输出即暂时保存的功能。从电路的动作可以看出,时钟输入端起到控制的作用,CP为1时,能触发后面的锁存器把D的值暂时锁存起来,这也正是触发器名词中“触发”的含义,这正是触发器与锁存器的联系与区别:触发器利用了锁存器的保存原理,但是加上了触发功能,可以控制保存的时间。

    RS锁存器电路:

     

    基础知识反相器

    反相器inverter:

    当输入Vin=0 V时,晶体管截止,集电极开路,Vout=5 V;

    当输入Vin=5 V时,晶体管饱和,饱和导通,Vout=0 V

    触发器的基本物理组成:电阻、电容、二极管、三极管

    下图是由4个三极管组成的4位寄存器,它的原理是:用晶体管导通状态(0011)或集电极电压(1100)记录输入电压(0011),这个寄存器能寄存15种状态(0000~1111).

     

    存储器

    不同的存储位置,程序指令执行周期不同。

    硬件寄存器和程序寄存器(4.2.5节)

    数电第七章:半导体存储器

    ROM和PROM:例由二极管、MOS管构成。非易失性存储,存储于ROM中的程序称固件firmware。

    例:由二极管组成的8个存储单元(每个单元4bit)的ROM。

    图1:8个地址address对应的存储内容word

    图2:用二极管实现图1逻辑。8条地址线,4条数据线。

    图3:8个地址用3个二进制位编码,实现整个电路都用二进制表示,programmable ROM

     

    EPROM,erasable,紫外线擦写,由MOSFET管构成?

    EPROM,electrically erasable,电擦除

    下图的ROM还加入了EN使能,除了地址和数据,还有第三种控制。

    RAM则有自己的工艺。

    静态statistic SRAM:靠VDD供电,不动。图a,Q1Q2控制,Q3Q4寄存,形成一个latch。

    动态dynamic DRAM。靠电容供电,电容会放电,需反复快速充电,动态。

    下图分别是静态和动态,但是功能一样,锁存1bit???

    DRAM比SRAM电路简单,占用面积少,但是DRAM刷新电容电路复杂,从控制电路看,SRAM简单。

    SRAM的每个位存储在一个双稳态存储器单元里,每个单元由6个MOS管实现”

    DRAM每个位由一个充电电容和一个访问晶体管组成”

     

     

    单片机的寄存器:“每个寄存器有分配的唯一地址”

    为什么寄存器也有地址?寄存器也属于内存?x86中的寄存器有地址吗?

     

     

    这个图???物理部分需要分隔开??

    DOS内存管理:为物理内存分配地址??

     

    “主存是x86CPU外的存储区域,堆栈是在主存中开辟的一片数据存储区”

    x86芯片的寄存器都有自己的名字(有相应的机器代码约定,寄存器标识符),所以不需要地址???

    程序寄存器:

    芯片的寿命一般是多长 ?

    http://3g.163.com/dy/article/DHRHTT420511UFN2.html

    如果说是SSD上用的闪存芯片,那就有相对有限的寿命了,闪存芯片主要分为SLC、MLC和TLC三种,SLC寿命最长,速度最快,但是成本最高,TLC则相反。闪存的寿命磨损就在于闪存单元的写入-擦除,一般来说,SLC闪存可进行100000次写入-擦除循环,MLC可进行10000次左右。不要觉得可怕,得益于越来越先进的主控芯片,日常使用下正常的闪存芯片没那么容易用坏,即使是TLC闪存,寿命达到8年以上也没有问题,使用几年后一般都会掉速,不过实际影响并不大。其实相比闪存芯片,SSD上的主控反而更有可能先坏掉。所以我们不用太在意闪存芯片的寿命,一般在你换下一个SSD或者手机时,它就直接淘汰掉了。不过对于7*24小时工作的服务器来说,非常不建议用SSD,因为在这种高强度工作环境下的闪存芯片寿命会大打折扣,即使是机械硬盘,用个两三年挂掉的几率也很高。

    至于电脑上的内存芯片(RAM),由于其电容存储机制,只要是正常没有缺陷的芯片,寿命非常长,要不然绝大多数内存条都是终身保,只要不是不当超频,静电损坏,人为破坏,正常的内存寿命几乎不用担心。

     

    可编程逻辑技术(FPGA/CPLD)在存储中的应用

     

    存储器

    T:transistor晶体管 C:Capacitance电容

    DRAM:dynamic random access memory动态存储器。一个电容;一个晶体管。存储原理:动态MOS存储单元利用MOS管栅极电容来存储信息,但由于栅极电容的容量很小,而漏电流又不可能绝对等于0,所以电荷保存的时间有限。为了避免存储信息的丢失,必须定时地给电容补充漏掉的电荷。通常把这种操作称为“刷新”或“再生”,该时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间(小于2ms),因此DRAM内部要有外围刷新控制电路,其操作也比SRAM复杂。尽管如此,由于DRAM存储单元的结构能做得非常简单,所用元件少,功耗低,已成为大容量RAM的主流产品。

    SRAM:static静态存储器。存储原理:由触发器存储数据。有锁存器。单元结构:六管NMOS或OS构成。速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低;常用作Cache。●缺点:元件数多、集成度低、运行功耗大。●常用的SRAM集成芯片:6116(2K×8位),6264(8K×8位),62256(32K×8位),2114(1K×4位)

    ROM:

    掩膜ROM:数据通过掩膜方式写入。掩膜:烧断每个单元内与外部相连的熔丝。

    EEPROM:数据通过紫外线照射或注入隧穿电流方式写入。

     

     

    参考文献:

    1、数字电子技术基础

    2、《深入理解计算机系统》第三版,第六章

    3、《DOS原理与结构》

    4、《[80X86汇编语言程序设计].王元珍.文字版》

    5、《Dsp-Digital-Signal-Processing-With-Fpga》

    6、《CMOS数字集成电路:分析与设计  第3版》第十章 半导体存储

    7、《Digital Computer Electronics-McGraw-Hill (1993)》第九章 memories

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