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主存储器一般由半导体随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）组成，其绝大部分由RAM组成。按所用元件类型来分有双极性和MOS存储器两类。前者存取速度比后者高，但集成度不如后者，价格也高，主要用于小容量存储器，后者主要用于大容量存储器。MOS存储器按存储元件在运行中能否长时间保存信息来分，有静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）两种。前者只要不断电，信息就不会丢失，而后者需要不断给电容充电才能使信息保持。由于后者密度大且较便宜，故使用较多。
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衡量一个主存储器的性能指标主要为主存容量、可直接寻址空间、存储器存取时间、存储周期时间和带宽等。
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（1）主存容量是指每个存储芯片所能存储的二进制的位数，也就是存储单元数乘以数据线位数。
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（2）可直接寻址空间是由地址线位数确定的。例如，提供32位物理地址的计算机支持对4（232）GB的物理主存空间的访问。
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（3）存储器存取时间又称为存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
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（4）存储周期时间是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。
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（5）带宽是指存储器的数据传送率，即每秒传送的数据位数。
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主存储器一般由地址寄存器、数据寄存器、存储矩阵、译码电路和控制电路组成。
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（1）地址寄存器（MAR）用来存放由地址总线提供的将要访问的存储单元的地址码。
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（2）数据寄存器（MDR）用来存放要写入存储矩阵或从存取矩阵中读取的数据。
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（3）存储矩阵用来存放程序和数据的存储单元排成的矩阵。
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（4）译码电路根据存放在地址寄存器中的地址码，在存储体中找到相应的存储单元。
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（5）控制电路根据读写命令控制主存储器的各部分协作完成相应的操作。
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要从存储器中取一个信息字，CPU必须指定存储器字地址，并进行"读"操作。CPU把信息字的地址送到MAR，经地址总线送往主存储器，同时CPU应用控制线发一个"读"请求。此后，CPU等待从主存储器发回来的回答信号，通知CPU"读"操作完成，说明存储字内容已经读出并放在数据总线上送入MDR。
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为了存一个字到主存，CPU先将信息字在主存中的地址经MAR送到地址总线，并将信息字送到MDR，同时CPU发出"写"命令。此后，CPU等待从主存储器发回来的回答信号，通知CPU"写"操作完成，说明主存从数据总线接收到信息字并按地址总线指定的地址存储。
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