内部存储器课件

内部存储器5.1存储系统概述

存储系统是计算机的重要组成部分,用来存储计算机工作需要的信息（程序和数据）的部件，构成计算机的信息记忆功能。存储器可分为两大类：内部存储器和外部存储器内部存储器↑外部存储器↓微机存储系统的层次结构计算机硬件技术基础5.2内部存储器的作用及其分类

内存储器均为半导体存储器，外存储器有磁性存储器、光存储器和半导体存储器三种。5.2.1内存的主要作用内存的作用：

运行程序；暂存常用的程序、数据；与外存储器、外设交换数据的缓冲存储。中央处理器数据传输速度慢数据传输速度快内存储器通过总线通过接口外存储器计算机硬件技术基础半导体存储器随机存储器(RAM:RandomAccessMemory)只读存储器(ROM:ReadOnlyMemory)闪烁存储器(FlashMemory)动态存储器(DRAM)静态存储器(SRAM)可擦除可编程只读存储器(EPROM)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)可编程只读存储器(PROM)DRAM:DynamicRAMSRAM:StaticRAMPROM:ProgrammableROMEPROM:ErasablePROMEEPROM:ElectricallyEPROM5.2.2内存的分类计算机硬件技术基础5.2.3内存的主要技术指标存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量。以字节(B:Byte)为单位。

1KB=210=1024B1MB=220=1024KB=1,048,576B1GB=230=1024MB=1,048,576KB=1,073,741,824B速度：读取时间=存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR(MemoryDataRegister)的输出端为止的时间，一般单位为ns(10-9秒)。DRAM芯片：一般为几十ns。目前由DRAM芯片构成的内存条(模块)：突发传送模式下读写速度可以达到2ns。如DDR400的极限速度为2.5ns。SRAM芯片：几个~十几ns。带宽：(存储器位数/8)X读取速度峰值，单位为MB/s。计算机硬件技术基础错误校验：内存在读写过程中检测和纠正错误的能力，常用的错误校验方式有Parity、ECC和SPD奇偶校验(Parity)：每个字节增加一位，共9位，增加的一位由于奇校验或偶校验。只有检错能力。

ECC(ErrorCheckingandCorrecting)，一般每64位增加8位。由于差错控制。ECC的功能不但使内存具有数据检错能力，而且具备了数据纠错功能。SPD(SerialPresenceDetect串行存在探测)：用1个小容量EEPROM芯片，记录内存的速度、容量、电压与行、列地址带宽等参数信息。当开机时PC的BIOS将自动读取SPD中记录的信息，以完成正确的硬件参数设置(如外频、读取时间、及各种延时)。5.2.3内存的主要技术指标计算机硬件技术基础5.3半导体存储器的组成及工作原理5.3.1

随机存储器RAMSRAM工作原理

SRAM基本存储电路单元：双稳态触发器QQRSQQRS与非门特性输入输出

0

0

10

1

11

0

11

1

00/1QDck计算机硬件技术基础D0~D70/1Q0D00/1Q1D10/1Q2D20/1Q3D30/1Q4D40/1Q5D50/1Q6D60/1Q7D7ck寄存器5.3半导体存储器的组成及工作原理R/WE使能读/写R/WD0~D7E0E1E2E3存储阵列计算机硬件技术基础读出：置选择线为高电平，使T5和T6导通，从I/O线输出原存的信息。写入：置选择线为高电平，使T5和T6导通，写入数据使I/O线呈相应电平。ABT1T2T3T4T5选择线I/OI/OVccT6实际的CMOS双稳态触发器：T1和T2构成触发器，T3和T4分别作为T1和T2的负载电阻。T1截止而T2导通时的状态称为“1”。相反的状态称为“0”。

5.3半导体存储器的组成及工作原理计算机硬件技术基础SRAM的芯片结构SRAM芯片：内部由存储矩阵、地址译码器、存储控制逻辑和I/O缓冲器组成。地址译码器．．．存储阵列．．．双向缓冲器．．．控制逻辑D0D1DN-1RD/WRCEOE．．．A0A1AM-1A0~AM-1:地址线D0~DN-1:数据线RD/WR:读写控制OE:输出允许CE:片选R/WOECEAiDiXX0XX0X1写地址写数据111读地址读数据无操作写读计算机硬件技术基础DRAM的位存储电路为单管动态存储电路，如图所示。DRAM存放信息靠的是电容器C，电容器C有电荷时，为逻辑“l”，没有电荷时，为逻辑“0”。DRAM的工作原理T刷新放大器数据输入输出线行选择信号列选择信号C

由于电容器存在漏电，因此需要定期对电容器充电——刷新，即每隔一定时间(一般2ms左右)就要刷新一次。计算机硬件技术基础DRAM的结构2116:16K×1位DRAM芯片RA0~RA6:刷新地址 A0~A13:总线地址RAS:行地址选通 CAS:列地址选通刷新计数器刷新多路器A0A6数据输入数据输出刷新时钟刷新多路控制~2116存储器数据总线

地址总线行/列多路器RASCASWEA0~A6A7~A13RA0~RA6MA0~MA6计算机硬件技术基础DRAM的读写时序

DRAM读出时序DRAM写入时序计算机硬件技术基础5.3.2只读存储器——ROM

只读存储器ROM一旦有了信息，就不能轻易改变，也不会在掉电时丢失。除只读特性外，ROM器件有3个显著的特点：结构简单，所以位密度高。具有非易失性，所以可靠性高。读速度慢。

ROM可以分为5种：

掩膜ROM

这种ROM是由制造厂家利用一种掩膜技术写入程序的，掩膜ROM制成后，不能修改。根据制造工艺可分为MOS型和TTL型两种。MOS型ROM功耗小、速度慢，适用于一般微机系统；而TTL型则速度快、功耗大，适用于速度较高的计算机系统。计算机硬件技术基础5.3.2只读存储器——ROM2.PROM——可编程ROMPROM虽然可由用户编程，但只能有一次写入的机会，一旦编程(写入)之后，就如掩模式ROM一样。

PROM存储器使用熔断丝，熔断丝原始状态导通(1)，将熔断丝烧断编程为0。3.EPROM——可擦除可编程ROMEPROM通过紫外线照射可以将信息全部擦除(全部为1)。EPROM可重复编程。适合于系统开发研制时使用。

EPROM虽然具有可反复编程的优点，但需要专用的紫外线擦除器，且只能整体擦除。4.EEPROM——电可擦除可编程ROM

可通过电信号全部或部分擦除，能完成在线编程。通过程序方式可实现读写，但其读写速度比RAM慢的多。计算机硬件技术基础5.FlashMemory——闪烁存储器属于EEPROM的改进产品。新一带的非易失存储器。特点：一般容量比其他类型ROM大的多，集成度高；内部为分页结构（一般1页512字节），写入之前必须整页擦除，信息只能由1写为0。目前被广泛用于移动存储器（U盘），替代软磁盘。也被广泛用于PC机的主板上，用来保存BIOS程序。将逐步取代其他类型的ROM。和硬盘相比：抗震、无噪声、耗电低等优点。但容量小、造价高。和RAM相比：具有非易失的优势，但速度慢、不能完成完全随机读写。5.3.2只读存储器——ROM计算机硬件技术基础5.3.3内部存储器的组成

主存储器的基本构成：

存储阵列地址译码器地址寄存器MAR读写驱动电路数据寄存器MDR时序控制电路系统总线地址总线读写控制数据总线CPU计算机硬件技术基础5.4内存的工作模式及主流技术

存储器阵列由存储器芯片组成，多片存储器芯片扩展成存储器阵列的方式有两种：位并联扩展和地址串联扩展：并联扩展256KX4256KX4256KX4256KX464KX1664KX1664KX1664KX16地址串联扩展存储器阵列行地址译码器行地址锁存器列地址译码器列地址锁存器地址列地址选通CAS行地址选通RAS计算机硬件技术基础5.4内存的工作模式及主流技术

存储器模块的数据位宽一般大于存储器芯片的数据位宽，目前使用的存储器模块的数据位宽为64位，存储器芯片的数据位宽一般为4位、8位或16位。32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位8片32M/8位组成256MB的存储器模块8片16M/16位组成256MB的存储器模块64位模块位宽影射到系统影射到系统256MB存储空间计算机硬件技术基础5.4内存的工作模式及主流技术

目前内存的物理结构都是条状的模块——内存条，由DRAM芯片构成的条状电路模块。内存条的种类：类型 接口 位宽单条容量 电压 应用时代=====================================================DRAM 30SIMM 8 256K~4M 5 286/386/486FPMDRAM 72SIMM 32 4~32M 5 486/PentiumEDODRAM 72SIMM 32 4~32M 5 PentiumSDRAM 168DIMM 64 32~256M 3.3 PentiumRambusDRAM 184RIMM 16 64M~1G 2.5 PentiumDDRSDRAM 184DIMM 64 128~512M 2.5 PentiumDDR2SDRAM 240DIMM 64 256M~1G 1.8 PentiumSIMM:SingleIn-lineMemoryModule FPM:FastPageModeDIMM:DualIn-lineMemoryModule EDO:ExtendedDataOutRIMM:RambusIn-lineMemoryModule DDR:DoubleDataRate计算机硬件技术基础FPMDRAM：存储器模块中的一行称为一页，在一页内的连续访问时，第一次访问送出行地址和列地址，在后续的连续访问只送出列地址，而被锁存在存储器的行地址锁存器。可以提高连续地址访问的速度。EDODRAM：在FPM的基础上改进，在输出一组数据的同时按地址顺序准备下一组数据，提高连续读操作的速度。SDRAM（同步DRAM）：采用64位位宽； 存储器与CPU的外频同步； 采用突发传送：送出一个地址后可以按顺序连续读出；RDRAM（RambusDRAM）：Rambus公司的存储器标准，采用串行传送，时钟的上、下沿分别传输数据，支持多通道。5.4内存的工作模式及主流技术计算机硬件技术基础DDRSDRAM：在SDRAM的基础上，采用时钟的上、下沿分别传输数据，使传送带宽增加一倍。

双体结构：存储阵列由双存储体构成，交叉编址，执行一个存储器输出的同时准备另一个存储器的数据，按时间交替输出。5.4内存的工作模式及主流技术DDR2SDRAM：DDRSDRAM的改进型，使用数据预取实现内部并行化，降低芯片的工作频率。计算机硬件技术基础5.4内存的工作模式及主流技术计算机硬件技术基础目前常见的存储器——SDRAMPC66PC100PC133标准总线频率66MHz100MHz133MHz带宽533MB/s800MB/s1067MB/s

主要的标准有PC66、PC100、PC133三种。计算机硬件技术基础目前常见的存储器——RambusDRAM(RDRAM)