计算机组成原理(罗克露)第4章存储器课件.ppt

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1、第四章存储子系统本章需解决的主要问题：（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？第一节概述存储器的分类情况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CPUCache主存外存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（动态存储器除外）。信息易失速度快，非破坏性读出（单管动态存储

2、器除外），（只读存储器除外）。作主存、高速缓存。（2）磁表面存储器容量大，长期保存信息，3.按存取方式分类（3）光盘存储器利用磁层上不同方向的磁化区域表示信息。速度慢。随机存取：非破坏性读出，可按地址访问存储器中的任一单元，作外存。（2）磁表面存储器速度慢。利用光斑的有无表示信息。容量很大，非破坏性读出，长期保存信息，作外存。（1）随机存取存储器访问时间与单元地址无关。RAM：存取周期或读/写周期固存：（2）顺序存取存储器（SAM）（ns）可读可写ROM：只读不写PROM：用户不能编程用户可一次编程EPROM：用户可多次编

3、程（紫外线擦除）EEPROM：用户可多次编程（电擦除）速度指标：作主存、高速缓存。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。FlashMemory等待操作（3）直接存取存储器（DAM）平均等待时间读/写操作两步操作访问时读/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。速度指标（ms）数据传输率（字节/秒）三步操作定位（寻道）操作等待（旋转）操作读/写操作速度指标平均定位（平均寻道）时间平均等待（平均旋转）时间数据传输率（ms）（ms）（位/秒）第二节半导体存储器工艺双极型MO

4、S型TTL型ECL型速度很快、功耗大、容量小电路结构PMOSNMOSCMOS功耗小、容量大工作方式静态MOS动态MOS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。（动态MOS型）：依靠电容存储电荷的原理存储信息。功耗较大,速度快,作Cache。功耗较小,容量大,速度较快,作主存。（静态MOS除外）4.2.1静态MOS存储单元与存储芯片1.六管单元（1）组成T1、T3：MOS反相器Vcc触发器T3T1T4T2T2、T4：MOS反相器T5T6T5、T6：控

5、制门管ZZ：字线，选择存储单元位线，完成读/写操作WWW、W：（2）定义“0”：T1导通，T2截止；“1”：T1截止，T2导通。（3）工作T5、T6Z：加高电平，高、低电平，写1/0。（4）保持只要电源正常，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。VccT3T1T4T2T5T6ZWW导通，选中该单元。写入：在W、W上分别加读出：根据W、W上有无电流，读1/0。Z：加低电平，T5、T6截止，该单元未选中，保持原状态。2.存储芯片例.SRAM芯片2114（1K×4位）外特性：静态单元是非破坏性读

6、出，读出后不需重写。地址端：2114（1K×4）191018A6A5A4A3A0A1A2CSGNDVccA7A8A9D0D1D2D3WEA9～A0（入）数据端：D3～D0（入/出）控制端：片选CS=0选中芯片=1未选中芯片写使能WE=0写=1读电源、地4.2.2动态MOS存储单元与存储芯片1.四管单元（1）组成T1、T2：记忆管C1、C2：柵极电容T3、T4：控制门管Z：字线位线W、W：（2）定义“0”：T1导通，T2截止“1”：T1截止，T2导通T1T2T3T4ZWWC1C2（C1有电荷，C2无电荷）；（C1无电荷，C2

7、有电荷）。（3）工作Z：加高电平，T3、T4导通，选中该单元。2.单管单元（1）组成（4）保持T1T2T3T4ZWWC1C2写入：在W、W上分别加高、低电平，写1/0。读出：W、W先预充电至再根据W、W上有无电流，高电平，断开充电回路，读1/0。Z：加低电平，T3、T4截止，该单元未选中，保持原状态。需定期向电容补充电荷（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。C：记忆单元CWZTT：控制门管Z：字线W：位线3.存储芯片（2）定义（4）保持写入：Z加高电平，T导通，在W上加高/低电平，写1/0。读

8、出：W先预充电，根据W线电位的变化，读1/0。断开充电回路。Z：加低电平，T截止，该单元未选中，保持原状态。单管单元是破坏性读出，读出后需重写。“0”：C无电荷，电平V0（低）CWZT外特性：“1”：C有电荷，电平V1（高）（3）工作Z加高电平，T导通，例.DRAM芯片2164（64K×1位）地址端：2