計算機組織 2. 暫存器,主記憶體(SRAM,DRAM)與輔助記憶體(FLASH,SSD) - Ian-Liu-1990/Computer-Arch-OS GitHub Wiki

I. 暫存器分類

暫存器種類 暫存器 目的
看得見的暫存器 通用暫存器 代表CPU的使用的字組長度決定N位元電腦,
同時代表通用暫存器的N位元數[中華電信],沒有特定用途,備援使用(資料,位址,指令)
資料暫存器 暫存要處理的數據
位址暫存器 欲存取的位址先暫存,CPU才可主記憶體存取資料 - 普考106
條件碼暫存器 暫存指令執行狀態
-------------- -------- --------------------------
控制與狀態暫存器 程式計數器 存放下一個要抓的指令之位址
指令暫存器 存放最近從主記憶體抓回CPU的指令
記憶體位址
暫存器
存放主記憶體中的某個位址,以便主記憶體根據其內容抓取資料或指令
記憶體緩衝
暫存器
存放從主記憶體抓回來的東西,或是CPU要將資料寫入主記憶體,
先將資料放入這個緩衝暫存器以待機寫入主記憶體
ALU緩衝
暫存器
存放ALU計算的結果
程式狀態字元 暫存器或一些暫存器用來顯示條件碼及狀態訊息
  1. 記憶體定址空間
  2. 資料匯流排寬度
  3. 暫存器的位元寬 - 中華電信(通用暫存器)

  1. 利用程式執行時之時間區域性(temporal locality) : 一個記憶體位址被存取後,不久會再度被存取 ex:迴圈,副程式,以及堆疊,迴圈控制變數,計算總合變數
  2. 提升效能價格比 : 輔助記憶體價格較便宜且容量相對較大,硬體─階層式架構 (拉近硬體間速度的差異來 提高效能)
  3. 利用程式執行時之空間區域性(spatial locality) : 一個記憶體位址被存取後,不久其附近的記憶體位址也會被存取 ex:循序指令,以及陣列,相關的變數

III. 記憶體快慢

最快[成本最高] 種類
暫存器 [揮發性]
SRAM L1 快取 [揮發性]
SRAM L2 快取 [揮發性]
SRAM L3 快取 [揮發性]
SRAM L4 快取 [揮發性]
DRAM 主記憶體 [揮發性]
輔助記憶體 HDD,SSD,Flash 快閃記憶體 [非揮發性]
最慢[成本低 延遲性高]

IV. 記憶體種類

1. 揮發性記憶體 DDR

2. DRAM和SRAM


3. 非揮發性記憶體

  • Flash 快閃記憶體,可反覆存取
  • PROM[電容絲,依需求燒毀寫入程式則不可再複寫]
  • EPROM[使用太陽能紫外線清除內容重複寫入]
  • EEROM[高壓電場]

4. SSD固態硬碟共同特性

  • SSD固態硬碟特性 :
優點 缺點
1. 具防震(衝撞及震動)忍受能力 1. 高成本
2. 無噪音 2. 容量限制
3. 採用Flash快閃記憶體 3. 寫入次數限制
4. 更快的隨機存取時間 4. 損壞時不可挽救性[ 不可存放重要資料 ]
5. 更大的資料傳輸量 5. 掉速
6. 低功耗,低熱量
  • 固態硬碟區分 :
類別 速度 壽命 錯誤率 價格 讀寫次數
SLC(即Single 1bit/cell) 最快 最長 最低 昂貴 <=十萬
MLC(即Multi 2bit/cell) 一般 一般 中間 中等 3000<= 10000
TLC(即Triple 3bit/cell) 最慢 最短 極高 便宜

SLC = Single-Level Cell ,即1bit/cell,速度快壽命長,價格貴(約MLC 3倍以上的價格),約10萬次擦寫壽命

MLC = Multi-Level Cell,即2bit/cell,速度一般壽命一般,價格一般,約3000---10000次擦寫壽命

TLC = Triple-Level Cell,即3bit/cell,也有Flash廠家叫8LC,速


5. 輔助記憶體

  1. 循序寫入 : 磁帶
  2. 隨機存取 : 硬碟
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