组成原理（三）：存储器概述，RAM，ROM

目录

• 学习重点
• 1.存储器分类
• 2.存储器层次
• 3. 主存储器
• 4.半导体存储芯片
  • 4.1 译码驱动方式
• 5.RAM
  • 5.1 SRAM
  • 5.2 DRAM
  • 5.3 DRAM与SRAM比较
• 6.ROM

学习重点

• 存储器分类（了解）
• 存储器层次
• 主存基本组成
• 主存编址
• 半导体存储芯片
  • 示意图
  • 译码驱动方式
• RAM：随机存取存储器
  • SRAM：静态RAM
  • DRAM：动态RAM
    • 三管和单管
    • 刷新
• ROM：只读存储器

1.存储器分类

冯诺依曼结构计算机性能瓶颈：运算器速度
演变为以存储器为中心

1. 按存储介质：

   • 半导体存储器：TTL,MOS（易失）
   • 磁表面存储器
   • 磁芯存储器
   • 光盘存储器

2. 按存取方式分

   • 存取时间与物理地址无关：（随机访问）
     • 随机访问存储器：程序执行过程中可读可写（RAM）
     • 只读存储器：程序执行过程中只读（ROM）
   • 存取时间与物理地址有关：（顺序存储）
     • 顺序存取存储器——磁带
     • 直接存取存储器——磁盘

3. 按在计算机中的作用分类

         存储器
        ├── 主存储器
        │ ├── RAM
        │ │ ├── 静态RAM  (SRAM)
        │ │ └── 动态RAM（DRAM）
        │ ├── R0M
        │ │ ├── MROM
        │ │ ├── PROM 可编程
        │ │ ├── EPROM 可擦写编程
        │ │ └──EEPROM 电可擦写编程
        ├── FLASH MEMORY 闪存：SSD
        ├── 高速缓冲存储器：Cache
        └──辅助存储器

2.存储器层次

1. 层次结构
   

2. 缓存-主存和主存-辅存
   

   • 缓存—主存：追求速度，硬件结合
   • 主存—辅存：追求容量，软硬件结合
   • 主存+辅存：虚拟存储器，虚地址，逻辑地址
   • 主存：实地址，物理地址

3. 主存储器

1. 基本组成：
   

2. 主存与CPU关系：
   

MAR与MDR现在多集成在cpu中

3. 主存中存储单元地址分配（编址）：
   

   • 设地址线24根
   • 按字节寻址，16MB
   • 字长为16位(2字节)，按字寻址，8MW(8M字)
   • 字长位32位，按字寻址，4MW

4. 主存技术指标

   • 主存容量：主存内存放二进制代码总位数
   • 存储速度：
     • 存取时间：存储器的访问时间(访存)，读出时间，写入时间
     • 存取周期：连续两次独立的存储器操作所需的最小时间间隔
   • 存储器带宽： 单位时间内读写数据量（位/秒）

4.半导体存储芯片

1. 示意图：
   

2. 地址线10位，数据线8位：
   芯片容量=2^地址位*数据位=2^10*8位

3. 例：
   用16k*1位的存储芯片组成64k*8位的存储器，需要的个数：

   • 16k*1位的存储芯片：4根地址线，一根数据线
   • 64k*8位存储芯片：6根地址线，8根数据线
   • 需要 8/1*64/16=32片

4.1 译码驱动方式

1. 译码：编码—>数据（二进制—>十进制）
2. 线选法：
   

• 不适合容量大的芯片
• 每一行是存储单元，共16行，8列，
  • 地址译码器选择哪一行
  • 读写控制电路选择哪一列

3. 重合法：
   

• 数据线只有1位，存储单元1位
• Y0前面的是MOS管，相当于开关，短端通电，长端才能连通

5.RAM

随机存取存储器

5.1 SRAM

静态RAM，使用触发器保存0,1

1. 基本电路：(六管静态RAM)
   

   • A：触发器原端
   • A*：触发器非端
   • T5,T6：行开关
   • T7,T8：列开关

2. 读写操作：根据电路分析

   • 读操作：
     • 行选T5，T6开，列选T7，T8开
     • VA—>T6—>T8—>读放—>Dout
   • 写操作：
     • DIN—>两个写放—>经过开关存入触发器（两端相反）
     • 左端放大器的圈是取反

3. 例：Intel2114芯片 （64*64）
   

5.2 DRAM

动态RAM，通过电容保存0,1

1. 基本单元电路：

   • 三管DRAM
     

     • 读：读数据线数据与电容中相反
     • 写：写数据线数据与电容中相同
     • T4充电，VDD给读数据线充电为1(高电平），读选择线有效，T2导通，Cg存0，T1不通，读数据线为1，Cg存1，T1通，读线接地，为0，读出与写入数据相反

   • 单管DRAM
     

     • 读出时数据线有电流为1（Cg内有电）
     • 写入时：Cg充电为1，放电为0
     • 字线选择的是字地址

2. DRAM刷新：（电容易丢失）
   刷新与行地址有关，以128*128为例
   按行刷新，要刷新128次(2ms内)
   刷新时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间（小于2ms）

   • 集中刷新：
     

     有64微秒没有读写操作，死区

   • 分散刷新：
     

     每次读写都刷新一次(2ms内刷新了200次）
     无死区，但是存储周期增加了1倍，影响性能

   • 异步刷新：
     

     • 2000/128=15.6

5.3 DRAM与SRAM比较

6.ROM

只读存储器，保存系统数据和配置信息

1. 发展：
   只读—>用户可一次性写—>可多次写—>电可擦写（专用设备）—>电可擦写（可连计算机）

2. 分类：

   • 电模ROM：MROM，无法修改
   • PROM：破坏性编程（一次性写）
   • EPROM：多次编程，可擦写（紫外线擦除）
   • EEPROM：电可擦写
   • FLASH MEMORY：闪存SSD(固态硬盘)
     比EEPROM性能好，已具备RAM功能