计算机组成原理_第三章

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1、第三章存储器及存储系统3.1存储器概述3.1.1存储器分类集成度高体积小半导体存储器价格便宜易维护速度快容量大按照存储体积大速度慢磁表面存储器介质比半导体容量大分类数据不易丢失激光存储器随机存储器主要为高速缓冲存储器和主存储器存取时间与存储元的物理位置无关(RAM)按照存取串行访问存存取时间与存储元的物理位置有关方式储器顺序存取器磁带分类SAS直接存储器磁盘只能读不能写只读存储器掩模ROM:生产厂家写(ROM)可编程ROM(PROM):用户自己写可擦除可编程ROMEPROM:易失性半导体读/写存储器按照存储器可保

2、存性分类非易失性包括磁性材料半导体ROM存储器半导体EEPROM主存储器按照辅助存储器作用分类缓冲存储器控制存储器3.1.2存储器的分级结构3级结构Cache1高速缓CPU高速缓冲冲存储器存储器寄主2主存存外存3外存器存主机3.2主存储器3.2.1主存储器的技术指标1存储容量字存储单元字地址字节存储单元字节地址2存取时间访问写操作/读操作从存储器接收到访问命令后到从存储器读出/写入所需的时间用T表示取决于介质的物理特性A和访问类型3存取周期完成一次完整的存取所需要的时间用T表示T>T,控制线路的稳定需要时间MMA

3、有时还需要重写3.2.2主存储器的基本结构地n存储体地址n位址2位CPU译主存码器m位R/WCPU控制线路数据寄存器m位CPU3.2.3主存储器的基本操作地址总线k位MAR主存容量2K字数据总线n位MDR字长n位read主存CPUwriteMAC控制总线3.3半导体存储芯片TTL型速度很快功耗大双极型ECL型容量小工PMOS艺功耗小容量大电路结构NMOSMOS型CMOS静态MOS除外静态MOS工作方式动态MOS静态存储器SRAM双极型静态MOS型存储依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息信息原理动态存储器DRA

4、M动态MOS型功耗较小,容量大,速度较快,作主存3.3.1静态MOS存储单元与存储芯片X地址1.六管单元译码线Vcc1组成T1T2工作管T5T3T4T6T2T4负载管ABT5T6T7T8T1T2T7T8控制管XY字线选择存储单元WY地址译码线WWW位线完成读/写操作2定义“0”T1导通T2截止“1”T1截止T2导通X地址译码线VccT3T43工作T5T6XY加高电平ABT5T6T1T2T7T8T7T8导通WW选中该Y地址译码线单元写入在WW上分别读出根据WW上有加高低电平写1/0无电流读1/04保持XY加低电平只

5、要电源正常保证向导通管提供电流便能维持一管导通另一管截止的状态不变称静态2.静态MOS存储器的组成1存储体2地址译码器3驱动器4片选/读写控制电路存储器外部信号引线D数据线传送存储单元内容07根数与单元数据位数相同A地址线选择芯片内部一个存储单元09根数由存储器容量决定CS片选线选择存储器芯片当CS信号无效其他信号线不起作用R/W(OE/WE)读写允许线打开数据通道决定数据的传送方向和传送时刻例.SRAM芯片21141K4位VccA7A8A9D0D1D2D3WE1外特性181021141K419A6A5A4A3A

6、0A1A2CSGND地址端A9A0入数据端D3D0入/出=0选中芯片片选CS控制端=1未选中芯片=0写写使能WE电源地线=1读2内部寻址逻辑寻址空间1K存储矩阵分为4个位平面每面1K1位每面矩阵排成64行16列64166416641664166位行行译X0地码1K1K1K1K址X63X63Y0Y15列译码4位列地址两一级地址译码选择字线位线级译二级一根字线和一组位线交叉选码择一位单元WWWWXi读/写线路Yi存储器内部为双向地址译码以节省内部引线和驱动器如1K容量存储器有10根地址线单向译码需要1024根译码输出

7、线和驱动器双向译码XY方向各为32根译码输出线和驱动器总共需要64根译码线和64个驱动器3.3.2动态MOS存储单元与存储芯片1.四管单元WW1组成T3ABT4T1T2记忆管C1C2柵极电容T1T2T3T4控制门管C1C2Z字线WW位线Z2定义“0”T1导通T2截止C1有电荷C2无电荷“1”T1截止T2导通C1无电荷C2有电荷3工作Z加高电平T3T4导通选中该单元写入在WW上分别加高低电平写1/0读出WW先预WW充电至高电平T3T4断开充电回路T1T2再根据WW上有C1C2无电流读1/04保持ZZ加低电平需定期向

8、电容补充电荷动态刷新称动态四管单元是非破坏性读出读出过程即实现刷新2.单管单元1组成C记忆单元T控制门管Z字线W位线2定义W“0”C无电荷电平V0低Z“1”C有电荷电平V1高3工作TC写入Z加高电平T导通读出W先预充电断开充电回路Z加高电平T导通根据W线电位的变化读1/04保持Z加低电平单管单元是破坏性读出读出后需重写3.存储芯片例.DRAM芯片216464K1位外特性G