计算机硬件第5章内部存储器

III|HIHlP/N:71.73350.034

计IIBIIIIIIllillS/N:2300182-00708

128MBPC133Anacer

WA«RAHTvVOIDWLMIELRtMOVtO

1

，.-E二.基二.二・二•三弋・一.t»y*『一P…尸.■尸

liiiiiini^liiiiiiuiiiiiiiiiiiiuiiiiiitAiiiiiiiihiiniiiiiiiiihiiiiiiiiitiifiiiiii-

机

硬

件第五章内部存储器

救

术5.1存储系统概述

5.2内部存储器的作用及其分类

基5.3半导体存储器的组成及工作原理

砒5.4内存的工作模式及主流技术

5.5内存的管理

作业：1、2、3、4、5、7

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

速度快

CPU

容量小

微机存储系统寄存器

L1级

的层次结构高速缓存

L2级

高速缓存

主存储器速度慢

内部存储器T容量大

外部存储器1外部存储器（磁盘、光盘、磁带等）

5.2内部存储器的作用及其分类

通

通

过

过

接

总

。。OOOOo

口

线o

Co

o

外存中央o

数据传输速度慢数据传输速度快o

储器处理器O

o

O

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。

5.2.2内存的分类

半,动态存储器(DRAM)

导随机存储器

(RAM:Random

体L静态存储器(SRAM)

AccessMemory)

存＜可编程只读存储器(PROM)

储只读存储器可擦除可编程只读存储器(EPROM)

器(ROM:Read<

OnlyMemory)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)

(闪烁存储器(FlashMemory)

DRAM:DynamicRAM

SRAM:StaticRAM

PROM:ProgrammableROM

EPROM:ErasablePROM

EEPROM:ElectricallyEPROM

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O

以字节（B:Byte）为单位。

1KB=210=1024B

1MB=220=1024KB=1,048,576B

1GB=230=1024MB=1,048,576KB=1,073,741,824B

-

/

H

l＞速度：读取时间二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，

一般单位宓ns（1CP秒）。

~

/■DRAM芯片：一般为几十ns。目前由DRAM芯片构成

H

l

-—的内存条（模块）：突发传送模式下读写速度可以达到

1

2nso出口DDR400的极限速度为2.5ns。

■SRAM芯片：几个〜十几ns。

/~

H

l

l带宽：（存储器位数/8）X读取速度峰值，单位为MB/S。

5.2.3内存的主要技术指标

A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PaAty、ECC和SPD

■奇偶校验(Paiity)：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、歹1

地址带宽等参数信息。当开机时PC的BIOS修自动读取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)。

5.3半导体存储器的组成及工作原理

5.3.1随机存储器RAM

>SRAM工作原理

SRAM基本存储电路单元：双稳态触发器

□

与非门特性

输

入D-Q

oO10/1

O11ck

1O1

11O

5.3半导体存储器的组成及工作原理

DE-口0~口7

0使能

DR/W读/写

1

D

2

D3

D4

D5

D6

D7

ckR/W存储阵列

寄

存

器

5.3半导体存储器的组成及工作原理

实际的CMOS双稳态触发器：和丁2构成触发器，丁3和丁4

分别作为和丁2的负载电阻。截止而丁2导通时的状态称

-为为"。相反的状态称为“0”。

-I7

选择线

/■读出：置选择线为高电

nI

"平，使T5和T6导通，从

-J7I/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

nl/

"»入数据使I/O线呈相应电

-17

~

n</

»

-7・

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。

r

m

-ADO

地

AO►

址双向

Al►>D1

译缓冲

器

码存储阵列

7器

3

-

控制逻辑

-

M/TCE

-lA0~AM_I：地址线RD/WROE

-

Do〜DN*数据线

CEOER/WAiDi

RD/WR:读写控制0XXXX无操作

-写地址

/OE:输出允许1X0写数据写

CE:片选111读地址读数据读

DRAM的工作原理

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

4

J辑“I”，没有电荷时，为逻辑“0”。

-

>

/

\

k

x

^由于电容器存行选择信号

/~———

H在漏电，因此需要

u

-定期对电容器充——T

电刷新，即每TT

隔一定时间列刷新放大器c

/-

选l

H（一般2ms左右）就

I择

-

要刷新一次。信

/号

I

k

v数据输入输出线

^

/-

H

l

-

7

DRAM的结构

1

-/I7J

0\n

^\xr

/^

nI

-

/

o\

^\

•/»

•1

/

c\

^\地址总线数据总线

/

uf

»

I2116:16Kxi位DRAM芯片

(/

blRA^RA:和J新地址Ao~A13：总线地址

^\06

/~RAS:行地址选通CAS:列地址选通

n<

-»

.

DRAM的读写时序

，JVC3s4■工X

□AC___M

DRAM密存

CAS

/

A锁存

l

-读出时序

—X欣址XX列地址X

而匚一彳

DOUT

-

/D-

I

—

-

>

/RAS

(

bDRAM_顿存

\

^CAS-

/-

I写入时序

l

-~卜地址「我傩址

>

fWE=1

(

h

\

^

[:有效与入最质

/-

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

—

■—1'特点：

一

I■结构简单，所以位密度高。

4■具有非易失性，所以可靠性高。

/»

1k■读速度慢。

1

-ROM可以分为5种：

•?，1.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，

/^

nf掩膜ROM制成后，不能修改。

»

I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

i"速度快、功耗大，适用于速度较高的计算机系统。

n/

i

.»

5.3.2只读存储器——ROM

2.PROM——可编程ROM

PROM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ROM

EPROM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。

5.3.2只读存储器——ROM

5.FlashMemory闪烁存储器

f属于EEPROM的改进产品。新一带的非易失存储器。

n

-特点：

F

，

，■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

-

/

m整页擦除，信息只能由1写为0。

-

F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。

/

m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。

/

I

5.3.3内部存储器的组成

主存储器的基本构成:

r

lH

-

^

>n

(J

xk

7

「

-

7

、

-

读

^写

>

驱

/存储阵列动

电

k路

\

7

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

r

m

-展：

并联扩展

地

2222列地址选通CAS

75555址►列地址锁存器

36666

-KKKK

XXXX行地址选通RAS

4444列地址译码器

-

行

M/行

地

-l地址串联扩展地

址

-址

锁

64Kxi6译存储器阵列

存

码

器

64Kxi6器

-64Kxi6

/

64KX16

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。

8片32M/8位组成256MB的存储器模块

3232323232323232

MXMXMXMXMXMXMXMX影射到系统’

8位8位8位8位8位8位8位8位

256

8片16IW16位组成256MB的存储器模块MB

存储

16M16M16M16M空间

X16位X16位X16位X16位

16M16M16M16M影射到系统’

X16位X16位X16位X16位

64位模块位宽

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

DRAM30SIMM8256K~4M5286/386/486

FPMDRAM72SIMM324~32M5486/Pentium

EDODRAM72SIMM324~32M5Pentium

SDRAM168DIMM6432~256M3.3Pentium

RambusDRAM184RIMM1664M-1G2.5Pentium

DDRSDRAM184DIMM64128~512M2.5Pentium

DDR2SDRAM240DIMM64256M-1G1.8Pentium

SIMM:SingleIn-lineMemoryModuleFPM:FastPageMode

DIMM:DualIn-lineMemoryModuleEDO:ExtendedDataOut

RIMM:RambusIn-lineMemoryModuleDDR:DoubleDataRate

5.4内存的工作模式及主流技术

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

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。

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。

5.4内存的工作模式及主流技术

木亥心频率时钟频率数据传洞率

lOOMHz200MHz4OOMbps