计算机组成原理-第2章 存储系统

《计算机组成原理-第2章 存储系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、存储系统●2.1主存储器●2.2辅助存储器●2.3存储体系第2章计算机以运算器为中心以存储器为中心(目前)以存储器为中心的系统结构说明:实线：控制线虚线：反馈线粗线：数据线控制器输入设备存储器输出设备运算器结果数据取数存数输入命令输出命令复习现代计算机中，主存储器处于全机中心地位，其主要原因：当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存在CPU寄存器之外）均放在主存储器中；随着I/O设备数量增多，数据传送速度加快，采用了DMA和IO通道技术，在存储器和I/O系统间直接传送数据；共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器

2、作为全机中心的作用。2.1.1主存记忆元件2.1主存储器二进制的记忆元件要有2个确定状态，表示逻辑“1”和逻辑“0”检测两个状态电信号●RAM记忆元件要求元件有如下记忆特性：有两种稳定状态;在外部信号的激励下，两种稳定状态能进行无限次相互转换;在外部信号激励下，能读出两种稳定状态;可靠地存储.从原理上分,可分为双极(bipolar)型和MOS(MetalOxideSemiconductor).又可按工作原理分为静态和动态两种:SRAM(StaticRAM):即静态RAM,利用开关特性记忆,只要电源有电,就能稳定保存信息.DRAM(DynamicRAM):即动态

3、RAM,除需电源外,还要定期对它充电(刷新).SRAM记忆元件有双极型和MOS两种,现以MOS为例.GVCCDS-SourceGate-Drain当栅极为高位时,MOS导通,D与S间相当一条短路线单管MOS存储单元没有记忆功能,必须使用具有双稳态的触发器作为记忆元件,常用的是:六管MOS单元:图2.2中,T1,T2--双稳态触发器T3,T4--负载管,作为阻抗T5,T6--读写控制门,用来选中记忆单元QQ01Q和Q为互补端,Q端表示触发器的存储信息状态,Q=1,称触发器存的信息为1.演示读写过程:当字线W为低时,没选中此单元,T5,T6截止,触发器与位线断开,原

4、状态不变,当字线W为高,T5,T6导通,选中单元.A.写过程:字线W高T5,T6导通读写控制门打开写“1”---位线b’上为高T2导通；b为低b’低T1截止A高=1写“0”---位线b’上为低T2截止;b为高b’高T1导通A低=0B.读过程:字线W高T5,T6导通若原存“1”,即A高b’高“1”若原存“0”,即B高b高“0”MOS管静态记忆单元特点:优点:非破坏性读出,抗干扰强,可靠.缺点:记忆单元管子多,占硅片面积大,功耗较大,集成度不高.双极型(bipolar):分TTL和ECL(Emitter-CoupleLogic),速度快

5、,用于高速缓存.演示DRAM记忆元件特点:靠栅极电容上的电荷保存信息,称电荷存储型记忆元件.组成:单管动态MOS电路：一个MOS管+电容C工作原理:A.写位线高“1”对C充电位线低“0”C放电B.读:原存“1”C上有电荷在位线上产生输出信号原存“0”C上无电荷在位线上无输出信号演示优缺点:优点:集成度高,功耗小.缺点:破坏性读出,原存信息消失,必须再生(刷新).4管动态MOS电路(见图2.4)与六管静态MOS电路相似,只是少了2个MOS管,其两个稳定状态是靠栅极电容C1,C2上的电荷来维持,因而需要外加一刷新电路,刷新周期一般是2ms、4ms、8ms.

6、演示MRAM记忆元件MRAM即磁随机存取存储器,是一种利用磁化特性进行数据存取的内存技术,是一种用电子的自旋方向代表数字0,1的技术.其读写过程与DRAM相似.原理图见2.5.优点:是非易失性存储元件,不需动态刷新.磁化过程短,存取速度快.达到CACHE速度.存储密度高,达到DRAM水平.制造材料以铁、铝为主,成本低.结论:是非常的前途的内存存储元件.●ROM记忆元件特点:只能读出,不能写入的无源存储器,是非易失性器件.主要用于存储常用的固定信息。(1)ROM(MaskROM)即MROM,采用二次光刻掩模工艺一次制成.(2)PROM(ProgrammableROM

7、):常用的是熔丝型.写入:出厂时各处熔丝完好,存“0”要用大电流把熔丝熔断,断后不能恢复.读出:如选中W0(若为高),在位线b0,b1,b2上输出100.如选中W1(若为高),在位线b0,b1,b2上输出011.(2)EPROM(ErasableProgrammableROM):也称可擦可编程的ROM.常用的是用浮动栅雪崩注入型MOS管构成,称FAMOS(FloatinggateAvalancheinjectionMOS).紫外线擦除EPROM(UVEPROM--UltraVioletEPROM)特点:有一石英窗口,改写时要将其置于一定波长的紫外线灯下,照射一定

8、时间,使浮