《计算机组成原理8-存储器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理8-存储器.ppt（39页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、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？,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,访问时间Ta：指从向存储器发出指令开始，到从存储器中读出信息为止所需的时间。访问周期Tm：又称“存储周期”、“读周期”、“写周期”或“读写周期”。它是指连续两次访问存储器的最小时间间隔。一般情况下，Tm=Ta。存储器频宽Bm：是指连续访问存储器时，存储器所能提供的数据传输率。单位为字节/每秒。延迟时间T1:指访问数据时的起始延迟时间。,存储器性能参数,若一个块中有k个字，则传送这一块数据的时间是：,T=T1
2、+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）光盘存储器,利用光斑的有无表示信息。容量很大，作外存。非破坏性读出，长期保存信息，速度慢。,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
3、单元，,（1）随机存取存储器,访问时间与单元地址无关。,（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）,（3）直接存取存储器（DAM）,访问时读/写部件先直接指向一个小区域，再在该区域内顺序查找。访问时间与数据位置有关。,主存储器的组成,DB,MDR,存储阵列,读/写放大电路 写驱动电路,译码器,MAR,RDWR,AB,n,0,2n-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
4、器,存储信息原理,静态存储器SRAM,动态存储器DRAM,（双极型、静态MOS型）：,依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。功耗较大,速度快,作Cache。,（动态MOS型）：,依靠电容存储电荷的原理存储信息。功耗较小,容量大,速度较快,作主存。,1、T T L存储元 transistor-transistor logic,W Vcc W,双极型存储器的存储元电路,TTL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
5、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,四个位平面的译码结构,行译码,列 译 码,A3A2,A1 A0,一个位平面的译码结构,电路结构图,W Vcc W,T3 T4,T5 A B T6,T1 T2,Z,MOS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，
6、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存储元,读写过程1）写入：字线Z加高电平“0”：W加低，W加高；“1”：W加高，W加低2）保持：字线Z加低电平3）读出：对W和W充电至高电平（可随放电降低），然 后将字线Z加高电平,六管静态MOS存储器,六管改为四管，集成度提高。芯片举例 Intel 2114 1K x 4,18脚,1 2 3 4 5 6 7 8 9,18 17 16 15 14 13 12 11 1
7、0,Vcc A7 A8 A9 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 WE,A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND,2114 1K x 4,六管静态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：CS WE,数据信号：Dout Din,单管动态MOS存储元,结构图,定义：电容C充电至高电平，为1，电容C放电至低电平，为0,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
8、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,Intel 2164,64K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/W,R/W,R/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/W,R/W,刷新,刷新,存取周期,异步刷新方式 克服前两种的缺点,R/W,R/W,刷新,15.6 u
9、 s,R/W,R/W,刷新,15.6 u s,R/W,ROM 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,Vcc,A1,A9,数 据 缓 冲 器,D0 D1 D7,0,1,1023,读出放大器,0 1 7,0 0 1,1 0 1,1 1 0,011023,A0,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
10、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（
11、PROM）结构图：,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,半导体只读存储器,5、FLASH MEMORY1）闪存是一种快擦写存储器，非易失性，可以在线 擦除和重写。2）集成度高、高可靠性、抗振动、价格低3）结构和EEPROM相似4）可作存储卡，硅盘。,半导体只读存储器,6、各种ROM的比较,
