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程序员,你真的了解内存吗?

2019年11月21日 12:34来源:未知手机版

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责编 | 刘静

我们都知道,计算机是处理数据的设备,而数据的主要存储位置就是磁盘和内存,并且对于程序员来讲,CPU 和内存是我们必须了解的两个物理结构,它是你通向高阶程序员很重要的桥梁,那么本篇文章我们就来介绍一下基本的内存知识。

什么是内存

内存(Memory)是计算机中最重要的部件之一,它是程序与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存对计算机的影响非常大,内存又被称为主存,其作用是存放 CPU 中的运算数据,以及与硬盘等外部存储设备交换的数据。只要计算机在运行中,CPU 就会把需要运算的数据调到主存中进行运算,当运算完成后CPU再将结果传送出来,主存的运行也决定了计算机的稳定运行。

内存的物理结构

在了解一个事物之前,你首先得先需要见过它,你才会有印象,才会有想要了解的兴趣,所以我们首先需要先看一下什么是内存以及它的物理结构是怎样的。

内存的内部是由各种IC电路组成的,它的种类很庞大,但是其主要分为三种存储器

随机存储器(RAM):内存中最重要的一种,表示既可以从中读取数据,也可以写入数据。当机器关闭时,内存中的信息会 丢失。

只读存储器(ROM):ROM 一般只能用于数据的读取,不能写入数据,但是当机器停电时,这些数据不会丢失。

高速缓存(Cache):Cache 也是我们经常见到的,它分为一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)、三级缓存(L3 Cache)这些数据,它位于内存和 CPU 之间,是一个读写速度比内存更快的存储器。当 CPU 向内存写入数据时,这些数据也会被写入高速缓存中。当 CPU 需要读取数据时,会直接从高速缓存中直接读取,当然,如需要的数据在Cache中没有,CPU会再去读取内存中的数据。

内存 IC 是一个完整的结构,它内部也有电源、地址信号、数据信号、控制信号和用于寻址的 IC 引脚来进行数据的读写。下面是一个虚拟的 IC 引脚示意图

图中 VCC 和 GND 表示电源,A0 - A9 是地址信号的引脚,D0 - D7 表示的是控制信号、RD 和 WR 都是好控制信号,我用不同的颜色进行了区分,将电源连接到 VCC 和 GND 后,就可以对其他引脚传递 0 和 1 的信号,大多数情况下,+5V 表示1,0V 表示 0。

我们都知道内存是用来存储数据,那么这个内存 IC 中能存储多少数据呢?D0 - D7 表示的是数据信号,也就是说,一次可以输入输出 8 bit = 1 byte 的数据。A0 - A9 是地址信号共十个,表示可以指定 00000 00000 - 11111 11111 共 2 的 10次方 = 1024个地址。每个地址都会存放 1 byte 的数据,因此我们可以得出内存 IC 的容量就是 1 KB。

如果我们使用的是 512 MB 的内存,这就相当于是 512000(512 * 1000) 个内存 IC。当然,一台计算机不太可能有这么多个内存 IC ,然而,通常情况下,一个内存 IC 会有更多的引脚,也就能存储更多数据。

内存的读写过程

让我们把关注点放在内存 IC 对数据的读写过程上来吧!我们来看一个对内存IC 进行数据写入和读取的模型

来详细描述一下这个过程,假设我们要向内存 IC 中写入 1byte 的数据的话,它的过程是这样的:

首先给 VCC 接通 +5V 的电源,给 GND 接通 0V 的电源,使用 A0 - A9 来指定数据的存储场所,然后再把数据的值输入给 D0 - D7 的数据信号,并把 WR(write)的值置为 1,执行完这些操作后,即可以向内存 IC 写入数据

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