各种存储器的简介资料31页PPT

06
dram存储器应用案例 与分析
应用案例一：高性能计算机系统中的应用
总结词
高性能计算机系统是DRAM的重要应用领域，DRAM作 为高速缓存和主存储器，为高性能计算提供可靠的数据 支持。
详细描述
在高性能计算机系统中，DRAM被用作CPU和硬盘之间 的缓存，以提供高速的数据读写。由于DRAM的读写速 度远高于硬盘，因此它可以有效地提高整个系统的性能 。此外，DRAM还可以作为主存储器，存储操作系统、 应用程序以及其他重要数据。这些数据需要在CPU进行 运算时被快速访问，因此DRAM的高速读写性能在此得 到了充分应用。
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应用案例二：移动设备中的应用
总结词
DRAM在移动设备中也有广泛应用，它不仅用于提高 设备的性能，还用于增加设备的续航时间。
详细描述
在移动设备中，DRAM被用于提高设备的处理速度和 响应能力。由于移动设备的电池续航时间是一个重要 的考虑因素，因此使用低功耗的DRAM可以帮助增加 设备的续航时间。此外，由于DRAM的读写速度远高 于Flash存储器，因此使用DRAM作为缓存可以帮助设 备更快地启动应用程序和读取数据。
应用案例三：数据中心中的应用
总结词
数据中心是DRAM的重要应用领域之一，它被用于提 高数据存储和处理的效率。
详细描述
在数据中心中，DRAM被用于缓存数据库的热点数据 ，以便快速地被服务器读取和写入。这可以减少磁盘 I/O操作，提高数据存储和处理的效率。此外，数据中 心通常使用分布式内存架构，将多个服务器连接到一个 共享的DRAM池中。这种架构可以提高数据中心的并 行处理能力，并最大限度地减少数据访问延迟。
移动设备：移动设备 （如手机、平板电脑 等）中通常也使用 DRAM作为内存，用 于运行操作系统和各 种应用程序。

❶ PROM 这是一次性写入的存储器芯片，数据不可改写
❷EPR据全部擦除
❸EEPROM点可擦除可编程只读存储器，通过电信号擦除数
据
10
ROM
11
磁盘根据电磁学原理，用涂敷在圆盘表面的磁性材料的极
化状态表示二进制数据。磁盘工作过程是：在磁盘控制器
的作用下，读写磁头沿着盘片表面作直线移动，而盘片高
速旋转，磁头和盘片的相对运动实现了快速数据寻找和读 取。磁盘控制器接受CPU发出的操作命令，控制磁盘的操 作，并在CPU和磁盘之间进行数据交换 。
磁盘表面结构如左图，磁
盘是同心圆结构，数据存
储在磁道上，盘片又分为
若干个扇形的区域，一个
程序代码和数据可以存放
3
构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。 存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS 晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个 存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节。每 个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。 一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。 假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组 成，则可表示220，即1M个存储单元地址。每个存储单元存放一个 字节，则该存储器的存储容量为1KB。
计算机存储模式规定，存储单
元以字节为单位，1字节由8位二 进制位组成。
5
随机存储
存
主存储器 （内存）
器（RAM） 只读存储
储
器（ROMJ）
器
磁介质存
系
储器
统
辅助存储 器（外存）

计算机硬件系统
一、 存储器的分类 二、存储容量单位
பைடு நூலகம்
计算机硬件系统
写
能修改
读
不能修改
计算机硬件系统
存储器（Memory）是计算机的记忆部件，是计算机存 放程序和数据的设备。它的基本功能是按照指令要求向指定的 位置存进（写入）或取出（读出）信息。计算机中的存储器分 为两大类：主存储器（又称为内存储器）和辅助存储器（又称 为外存储器）。
1KB=210B=1024B 1MB=210KB 1GB=210MB 1TB=210GB
计算机硬件系统
计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工或传送的数据 长度称为字。一个字通常由一个或若干字节组成。
计算机硬件系统
计算机硬件系统
位是计算机存储数据的最小单位，用来存放一位二 进制数（0或1）。
计算机硬件系统
字节是数据存储的基本单位，即以字节为单位存储和 解释信息。规定8个二进制位组成一个字节，即1B＝ 8bit。
计算机硬件系统
存储器的容量单位一般有KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字 节）、TB（太字节）等几种，它们之间的关系为

速度
主存储器的速度是指其读写数据 的速度，通常以存取时间（ Access Time）来表示，即从主 存储器读取或写入数据所需要的 时间。主存储器的速度直接影响 计算机系统的性能和效率。
可靠性
主存储器的可靠性是指其能够保 证数据完整性和可靠性的能力， 通常采用平均故障间隔时间（ MTBF）来衡量。主存储器的可靠 性对计算机系统的稳定性和安全 性至关重要。
高速缓冲存储器的分类
根据存放数据的类型
01
指令Cache和数据Cache。
根据Cache的读写方式
02
写回式Cache和写穿式Cache。
根据Cache的读写策略
03
直接映射Cache、全相联映射Cache和组相联映射Cache。
高速缓冲存储器的技术指标
命中率
衡量Cache效率的重要指标，表示CPU访问 Cache时能够找到所需数据的概率。
按数据读写方式分类 主存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器 （ROM）两类。RAM可以随时读写，而ROM只能读不能 写。
按存取方式分类
主存储器可以分为直接存取存储器和间接存取存储器两类。 直接存取存储器的数据读写速度较快，而间接存取存储器 的数据读写速度较慢。
主存储器的技术指标
容量
主存储器的容量是指其能够存储 的二进制位数，通常以字节（ Byte）为单位，常见的容量有 1GB、2GB、4GB等。
在存储器长时间没有读写操作时，将其置于睡眠模式或空闲模式， 降低功耗。
采用低功耗技术
使用低功耗的存储器技术和电路设计，如使用CMOS工艺和低 电压操作。
提高存储器可靠性的方法
错误检测和纠正
通过使用错误检测和纠正（EDC/ECC）技术，检测和纠正存储器 中的错误数据，提高存储器的可靠性。

4.2
11
4.2
请问： 主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线 位数应为多少位？数据线位数多少位？ 按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线 各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存 取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节 半字 单字 双字
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3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向） 数据线（双向） 芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0

2 内存
2.按内存的接口（外观）分类 目前计算机配备的DRAM内存按接口（外观）分类主 要有两种： 1）SIMM（Single-In Line Memory Module，单 边接触内存模组） SIMM是486及其较早的PC机中常用的内存接口方式 ，一般30线、72线。
2 内存
2）DIMM（Dual In-Line Memory Module，双边 接触内存模组） DIMM接口内存的插板两边都有数据接口触片，这种 接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中，常见有168 线SDRAM内存条、184线DDR内存条、240线DDR2/3 内存条。
2 内存
2.3 DDR SDRAM 内存的物理结构 下面以一品牌为威刚(A-DATA)的DDR3内存条为 例讲述DDR3内存条的结构，如图所示。
SPD
标签
PCB板 金手指
内存芯片 内存固定 卡缺口 内存引脚 缺口
DDR3 SDRAM内存条的结构
2 内存
1.PCB板。PCB板的电气性能也是决定内存稳定性 的关键，各种电子元件以及内存芯片都集中在其中一面， 导线则集中在另一面。 2. 金手指。金手指实际上是在一层铜皮（也叫覆铜 板）上通过特殊工艺再覆上一层金，因为金不易被氧化， 具有超强的导通性。 3. 内存芯片。内存上的芯片也称为内存颗粒，是内 存的灵魂所在，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片 决定的。
2 内存
2.3 内存条品牌
（1）畅销的：金士顿（Kingston）、胜创（Kingmax）、 三星 （Samsung）. （2）热门的：金邦科技（GEIL）、宇瞻（Apacer）、现代 （Hyundai）、金士泰（KINGSETK）、勤茂（TwinMOS）、利 屏（LPT）及富豪。 （3）不常见的：海盗船（Corsair）、美光、OCZ、威刚等 。

数据输出
OE
允许输出和片
...
CE
选逻辑
输出缓冲
·
A0~A12
·
·
Y译码 X译码
…
Y门
8K8位
· 存储矩阵 · ·
2-764结构框图
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封装及引脚
VPP
A0～A12 地址输入，213=8192=8K A12 A7
D0～D7 双向数据线
A6 A5
A4
CE 片选信号
A3
A2
OE 输出允许信号
A1 A0
多路开关，先由行选通信号RAS选通8位行地址并锁存。 随后由列选通信号CAS选通8位列地址并锁存，16位地址 可选中64K存储单元中的任何一个单元。
-
22
NC Din WE
RAS A0 A1 A2
GND
2164
1 16
8
9
VCC
CAS Dout A6 A3 A4 A5
A7
A0~A7：地址输入 CAS：列地址选通
Image (2) 内部管子较多，功耗大，集成度低。
-
16
典型的静态RAM芯片
No 不同的静态RAM的内部结构基本相同，只是在不同容量
时其存储体的矩阵排列结构不同。典型的静态RAM芯片如 Intel 6116（2K×8位），6264（8K×8位），62128（16K×8 位）和62256（32K×8位）等。
掩膜ROM
一次性编程 PROM
紫外光擦除 UREPROM
可编程ROM
可擦除
EPROM
电擦除
EEPROM
图5.2 半导体存储器分类
-
10
二、半导体存储器芯片的主要技术指标

4.相变随机存储器（PRAM）
（2）写“1”——SET——晶化 给存储单元施加如图（b）所示 的长而幅度中等的脉冲电流（电压）， GST的温度被加热到熔点（Tm）以下 结晶点（Tg）以上，且该状态被保持 一段时间（t2）。由于脉冲时间较长， 其分子有足够的时间进行排列，成为 有序状态，从而实现到低阻的晶态的 转化，实现存储信息“1” 。
3.磁性随机存储器（MRAM）
当铁磁层的磁矩相互平行时，由于 通过绝缘隧道层的载流子与自旋有 关的散射最小，电阻也就最小，器 件表现出低阻态； 反之，磁层的磁矩相反时，通过绝 缘层的载流子与自旋有关的散射最 大，这时电阻最大，使器件呈现高阻态。
3.磁性随机存储器（MRAM）
问题
（1）制造成本十分高昂。 （2） MRAM是在集成硅电路的磁性材料中存储信息，周围的磁场会对 芯片产生一定影响，对于高磁环境下的磁场屏蔽也是值得考虑的问题。
5.阻变随机存储器(RRAM)
此时ECM单 元的阻态迅速 由低阻变为高 阻。最终器件 达到关断状态， 如图(D)所示。
5.阻变随机存储器(RRAM)
主要问题 RRAM是 一 项 前 沿 的 研 究 课 题。 目 前 关 于物理机制的研究已取 得了较快进展，但这些机制大都停留在实验现象上，缺乏直接的实验 依据，电阻转变部位的确认,电阻转变过程中元素的变化以及电阻转变 的重复性问题，是当前 研究所面临的紧要问题。 同时，在众多材料 中寻找性能制备拓展性都满足要求的材料仍是发展的关键 。
• 硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储 器的应用当中。但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电 压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一 步发展。 • 作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注， 这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）、磁性随机存储器 （MRAM） 、相变随机存储器（PRAM ） 、阻变随机存储器 （RRAM）等。