组成原理(三):存储器概述,RAM,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
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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
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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
- 存取时间与物理地址无关:(随机访问)
-
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
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层次结构
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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
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基本组成:
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主存与CPU关系:
MAR与MDR现在多集成在cpu中
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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
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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
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示意图:
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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
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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
- 译码:编码—>数据(二进制—>十进制)
- 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
- 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
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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
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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
- 读操作:
-
例:Intel2114芯片 (64*64)
5.2 DRAM
动态RAM,通过电容保存0,1
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基本单元电路:
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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
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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
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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
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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
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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
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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) -
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