c++学习笔记（二十五）浅谈存储器和寄存器

c++学习笔记（二十五）浅谈存储器和寄存器 什么是存储器？

        存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。

        存储器是许多存储单元的集合，按单元号顺序排列。每个单元由若干二进制位构成，以表示存储单元中存放的数值，这种结构和数组的结构非常相似，故在VHDL语言中，通常由数组描述存储器。速度上比寄存器稍慢，但容量大很多。

        主存的工作方式是按存储单元的地址存放或读取各类信息，统称访问存储器。主存中汇集存储单元的载体称为存储体，存储体中每个单元能够存放一串8位二进制码表示信息，该信息的总位数称为一个存储单元的字长。存储单元的地址与存储在其中的信息是一一对应的，单元的地址只有一个，固定不变，而存储在其中的信息是可以更换的。 

        指示每个单元的二进制编码称为地址码。寻找某个单元时，先要给出它的地址码。暂存这个地址码的寄存器叫存储器地址寄存器(MAR)。为可存放从主存的存储单元内取出的信息或准备存入某存储单元的信息，还要设置一个存储器数据寄存器(MDR)。

        主存储器可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM) 。

        ROM的特点是一次写入，反复读取。是一种固态半岛版体存储器，是稳定的。它被用于存储计算机在必要时需要的指令集。存储在ROM内的信息是“硬接线的”（即，它是电子元件的一个物理组成部分），且不能被计算机改变（因此称为“只读”）。可变的ROM，称为可编程只读存储器(PROM)，可以将其暴露在一个外部电器设备或光学器件（如激光）中来改变。

        RAM的特点是用于和cpu交换数据，在计算期间被用作高速暂存记忆区，数据可以在RAM中存储、读取和用新的数据代替。当计算机在运行时RAM是可得到的。它包含了放置在计算机此刻所处理的问题处的信息。大多数RAM是“不稳定的”，这意味着当关闭计算机时信息将会丢失。

什么是寄存器？

        寄存器又称缓存，寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。 使用寄存器可以缩短指令长度、节省存储空间，提高指令的执行速度。

        寄存器一般整合于CPU中，与cpu的运行速度基本匹配，数目有限。

        计算机做运算时，必须将数据读入寄存器才能运算。

        寄存器具备以下四个基本功能：

        ①清除数码：将寄存器里的原有数码清除。 

        ②接收数码：在接收脉冲作用下，将外输入数码存入寄存器中。 

        ③存储数码：在没有新的写入脉冲来之前，寄存器能保存原有数码不变。 

        ④输出数码：在输出脉冲作用下，才通过电路输出数码。 

        更为详细的内容可以到百度百科中搜索，我们只需要知道数据在寄存器上的简单作用即可。

存储器和寄存器的区别：

        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。

        从根本上讲，寄存器与RAM的物理结构不一样。 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； 而RAM则有自己的工艺，一般1Bit由六MOS管构成。所以，这两者的物理结构不一样也导致了两者的性能不同。寄存器 访问速快，但是所占面积大。而RAM相反，所占面积小， 功率低，可以做成大容量存储器，但访问速度相对慢一点。