计算机组成原理8-存储器-1课件

存储系统需解决的主要问题：（1）存储器如何存储信息？（2）在实际应用中如何用存储芯片组成具有一定容量的存储器？单位通常意义2的幂K(kilo)103210M(mega)106220G(giga)109230T(tera)1012240存储容量

Sm=W.L（位或字节）

Sm是存储器容量，W是字数，L是位数若一个块中有k个字，则传送这一块数据的时间是：T=T1+k*Bm存储器的分类1.按存储器在系统中的作用分类（1）主存（内存）主要存放CPU当前使用的程序和数据。速度快容量有限（2）辅存（外存）存放大量的后备程序和数据。速度较慢容量大（3）高速缓存存放CPU在当前一小段时间内多次使用的程序和数据。速度很快容量小2.按存储介质分类（1）半导体存储器利用双稳态触发器存储信息速度快，信息易失非破坏性读出和破坏性读出（只读存储器除外）。作主存、高速缓存。3.按存取方式分类随机存取：可按地址访问存储器中的任一单元，（1）随机存取存储器访问时间与单元地址无关。RAM存取周期或读/写周期固存：（ns）：可读可写ROM：只读不写PROM：用户不能编程用户可一次编程EPROM：用户可多次编程（紫外线擦除）EEPROM：用户可多次编程（电擦除）速度指标：总线周期时钟周期的若干倍作主存、高速缓存。（2）顺序存取存储器（SAM）访问时读/写部件按顺序查找目标地址，访问时间与数据位置有关。（磁带）主存储器的组成DBMDR存储阵列读/写放大电路

写驱动电路译码器MARRDWRABn02n-1主存储器的组成AB地址总线DB数据总线RD/WR读写控制线低电平有效MAR内存地址寄存器MDR内存数据寄存器又叫MBR译码器：将具有一定含义的二进制码辨别出来，并转换成控制信号。半导体存储器工艺双极型MOS型TTL型ECL型速度很快、功耗大、容量小电路结构PMOSNMOSCMOS功耗小、容量大工作方式静态MOS动态MOS1、TTL存储元transistor-transistorlogicWVccW双极型存储器的存储元电路读放AD1D2BT1T2ZTTL原理：用两个双射极晶体管交叉反馈，构成双稳态电路。图中，T1，T2交叉反馈，构成双稳态电路，发射极接字线Z，如果字线Z为低电平，可读/写，如果字线Z为高电平，则数据保持。W和W是位线，数据通过W和W读出或写入。定义：当T1通导而T2截止时，存储信息为0，当T2通导而T1截止时，存储信息为1。缺点：管子多，功耗大，集成度低优点：速度快,非破坏性读出TTL芯片举例12345678161514131211109VccA1A2A3DI4DO4DI3DO3A0SWDI1DO1DI2DO2GNDSN7418916x4一个位平面的译码结构I/O1I/O2I/O3I/O4X0X1X2X3W0W0W1W1W2W2W3W3Y0Y1Y2Y3电路结构图ABCWVccWT3T4T5ABT6T1T2ZMOS管说明：当C为高时，A和B电压相同。当C为低时，A和B电压无关六管静态MOS存储元等效电路NMOS原理：T1与T3、T2与T4，分别是MOS反相器T3，T4是负载管，这两个反相器交叉反馈，构成一个双稳态触发器。T5，T6是控制门管，由字线控制它们的通断。当字线Z为高电平，T5，T6导通，可读/写，如果字线Z为低电平，则T5，T6截止，数据保持。定义：当T1通导而T2截止时，存储信息为0，当T2通导而T1截止时，存储信息为1。优点：功耗低缺点：速度稍慢,非破坏性读出六管静态MOS存储元六管静态MOS存储器六管改为四管，集成度提高。芯片举例

Intel21141Kx4,18脚123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WEA6A5A4A3A0A1A2CSGND21141Kx4六管静态MOS存储器读写时序为了让芯片正确工作，必须按时序提供正确的地址、控制、数据信号。1）读周期地址信号：控制信号：CS数据信号：Dout六管静态MOS存储器2）写周期地址信号：控制信号：CSWE数据信号：Dout

Din单管动态MOS存储元读写过程1）写入：字线Z加高电平，使V通导

“0”：W加低；“1”：W加高2）保持：字线Z加低电平，无放电回路，有泄漏电流，C的信息可保存几毫秒，或保持无电荷状态。3）读出：对W充电至高电平（可随放电降低），然后将字线Z加高电平动态存储器芯片举例Intel216412345678161514131211109GNDCASDoutA6A3A4A5A7NCDinWERASA0A2A1Vcc216464Kx164K需16位地址解决方案：8根地址线分时复用，行选RAS和列选CAS就代替了CS信号。存储器的各芯片同时刷新，每个芯片内是按行刷新，刷新一行的时间是一个刷新周期。集中刷新方式有“死”时间R/WR/WR/W刷新刷新2ms动态存储器的刷新动态存储器的刷新分散刷新方式刷新次数过多R/WR/W刷新刷新存取周期异步刷新方式克服前两种的缺点R/WR/W刷新15.6usR/WR/W刷新15.6usR/WROM指一般情况下只能读出、不能写入的存储器1、掩模型只读存储器（MROM）地址译码驱动器VccA1A9数据缓冲器D0D1…D7011023读出放大器01…700…110…111…0011023A0半导体只读存储器半导体只读存储器上页MROM结构图的说明：1）MROM的存储元可由二极管、双极型晶体管或MOS管等构成，厂家生产时按用户要求做好，用户不能修改。2）上图是采用MOS管的1024*8位的MROM，单译码，1024行，每行8位。译码器行选择线选中为高电平，一行8管，如果某管导通，则对应位为0，否则为1。输出为D0，D1…D7。3）特点：信息一次写入后不能修改，灵活性差。信息固定不变，可靠性高。生产周期长，适合定型批量生产。半导体只读存储器2、可编程只读存储器（PROM）1）为克服MROM的缺点，设计了一种出厂时全0，用户可修改1次的ROM。2）有两种产品：结破坏型：行列交点处制作一对彼此反向的二极管，平时不通，为0；若加高电平，击穿1只二极管，则写1。熔丝型：行列交点处连接一段熔丝，连通为0，若加高电平熔断，则写1。3）以熔丝型为例：见下图，单译码，4字*4位，每个字实际上是一个多发射极管，每个发射极通过熔丝与位线相连。半导体只读存储器可编程只读存储器（PROM）结构图：行译码器A1A0读写读写读写读写D0D1D2D30123Vcc0110101101011010Ec半导体只读存储器4、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）将EPROM改为用电来擦写。而且一次不需全部擦除，可以只改写某个单元。思考：可读，可写。能不能代替RAM?1。反复擦写会击穿浮空门附近的绝缘层。编程次数有限（10万）2。写操作时间是10us左右，擦除操作是10ms.和CPU速度不匹配。3、可擦除（紫外线）可编程只读存储器（EPROM）基本存储器电路