计算机存储系统(课件)

Leabharlann DRAM 2164的写周期
存储地址需要分两批传送 RAS
CAS
TRAS
TRC
TRCD RAS*有效，开始 TCAS 行地址选通信号
TASR 传送行地址 TRAH TASC TCAH 随后，列地址选通信号CAS*有效， 列地址 地址 行地址 传送列地址 TDS TDH DIN 读写信号WE*写有效 引脚进入存储单元 TWR WE 数据从DIN T
WE
CO
TRC
SRAM 2114的写周期
TWC
TW写入时间 地址 从写入命令发出到数据进入存储单元的时间 CS 写信号有效时间 TWR TAW TWC写入周期 TW WE 两次写入存储器所允许的最小时间间隔 TDTW TDW 有效地址维持的时间 TDH
数据
DOUT
DIN
SRAM芯片6264
只 读 存 储 器
掩膜式ROM 掩膜式 ROM 一般由生产厂家根据用户要
求定制的 ( 有 NMOS 管或没有代表‘ 0 ’和 ‘1’)。
可编程的ROM
只 读 存 储 器
出厂时，所有存储单元的熔丝都是完好的。 编程时，通过字线选中某个晶体管。若准备写 入1，则向位线送高电平，此时管子截止，熔 丝将被保留；若准备写入0，则向位线送低电 平，此时管子导通，控制电流使熔丝烧断。换 句话说，所有存储单元出厂时均存放信息1， 一旦写入0使熔丝烧断，就不可能再恢复。
电可擦除可编程的ROM（E2PROM）
只 读 存 储 器
应用特性： （1）对硬件电路没有特殊要求，编程简 单。 （ 2 ）采用＋ 5V 电源擦写的 E2PROM，通 常不需要设置单独的擦除操作，可在写 入过程中自动擦除。 （ 3 ） E2PROM 器件大多是并行总线传输 的
闪速存储器（Flash Memory）
DRAM芯片2164
存储容量为64K×1
16个引脚：
8根地址线A7～A0 1根数据输入线DIN 1根数据输出线DOUT 行地址选通RAS* 列地址选通CAS* 读写控制WE*
NC DIN WE* RAS* A0 A2 A1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
只 读 存 储 器
可擦除可编程的ROM（EPROM）
特点：芯片的上方有一个石英玻璃 的窗口，通过紫外线照射，芯片电路中 的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏 走，使电路恢复起始状态，从而将写入 的信号擦去。
可擦除可编程的ROM（EPROM）
只 读 存 储 器
典型芯片： Intel 27512 特性：64K×8的EPROM芯片， 28脚双列直插式封装， 地址线为16条A15～A0， 数据线8条O7～O0， 带有三态输出缓冲， 读出时只需单一的＋5V电源。
单管动态存储电路
随 机 存 取 存 储 器
DRAM特点：
DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由 于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存 储内容不丢失（称为动态刷新），所以动态RAM需要 设置刷新电路，相应外围电路就较为复杂。 刷新定时间隔一般为几微秒～几毫秒 DRAM的特点是集成度高（存储容量大，可达1Gbit/片 以上），功耗低，但速度慢（10ns左右），需要刷新。 DRAM在微机中应用非常广泛，如微机中的内存条（主 存）、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。
半导体存储器的分类
静态RAM（SRAM） 随机存取存储器 （RAM） 半导体 存储器
动态RAM（DRAM）
掩膜式ROM
只读存储器 （ROM）
一次性可编程ROM（PROM）
紫外线擦除可编程ROM（EPRO
电擦除可编程ROM（EEPROM）
随机存取存储器
半 导 体 存 储 器 的 分 类
(static random access memory) 动态RAM (dynamic random access memory)
静态RAM
只读存储器
掩膜式ROM(read
only memory)
可编程ROM(PROM,Programmable ROM) 可擦除的PROM（EPROM，Erasable
Programmable ROM）
电可擦除的PROM（E2PROM，Electrically
Erasable Programmable ROM）
WCS
DRAM 2164的刷新
行地址选通RAS*有效，传送行地址 TCRP 列地址选通CAS*无效，没有列地址 CAS 芯片内部实现一行存储单元的刷新 TASR TRAH 没有数据输入输出 行地址 地址 存储系统中所有芯片同时进行刷新 高阻 DIN DRAM必须每隔固定时间就刷新
存储器的主要性能指标
存储容量 速度
价格
其他：如可靠性、访问方式、信息存储
的永久性等。
内存、外存
内存——存放当前运行的程序和数据。 特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问。 通常由半导体存储器构成:RAM、ROM 外存——存放非当前使用的程序和数据。 特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后 CPU才能访问。 通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成 磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘
+5V WE* CS2 A8 A9 A11 OE* A10 CS1* D7 D6 D5 D4 D3
SRAM 6264的功能
工作方式 未选中 未选中 读操作 写操作 CS1* CS2 WE* OE* 1 × 0 0 × 0 1 1 × × 1 0 × × 0 1 D7～D0 高阻 高阻 输出 输入
动态RAM（DRAM)
开发的高速DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s。

DDR DRAM（Double Data Rate DRAM）——是对
SDRAM的改进，它在时钟的上升沿和下降沿都可以传送数据， 其数据率可达200-800 MB/s。主要应用在主板和高速显示卡上。
RAM的3个特性：
1）可读可写，非破坏性读出，写入时覆盖原内容。 2）随机存取，存取任一单元所需的时间相同。 3）易失性（或挥发性）。当断电后，存储器中的内容 立即消失。
64K位动态RAM存储器
随 机 存 取 存 储 器
芯片2164A的容量为64K×1位，即片内共 有64K（65536）个地址单元， 每个地址单 元存放一位数据。需要16条地址线，地址线 分为两部分：行地址与列地址。 芯片的地址引线只要 8条，内部设有地址 锁存器，利用多路开关，由行地址选通信号 变低 RAS （Row Address Strobe），把先出现 的 8 位地址，送至行地址锁存器；由随后出 现的列地址选通信号 CAS （ Column Address Strobe）把后出现的 8 位地址送至列地址锁 存器。这 8 条地址线也用于刷新（刷新时地 址计数，实现一行行刷新）。
第四章 存 储 系 统
计算机的存储系统
计算机的存储系
CPU
统一般由高速缓 存、内存、和外 存三级构成.
CACHE
主存（内存）
辅存（外存）
存储器的分类
按存储器与CPU的连接：缓存、内存、
和外存。 按存储介质：半导体存储器、磁存储器、 光存储器。 按存取方式：随机存储器、顺序存储器。 按信息的可保存性：随机存储器 （RAM）、只读存储器（ROM）

常见DRAM的种类：

SDRAM（Synchronous DRAM）——它在1个CPU时
钟周期内可完成数据的访问和刷新，即可与CPU的时钟同步工 作。SDRAM的工作频率目前最大可达150MHz，存取时间约 为5～10ns，最大数据率为150MB/s，是当前微机中流行的标 准内存类型。

RDRAM（Rambus DRAM）——是由Rambus公司所
选中存储芯片，控制读写操作
① 存储体
每个存储单元具有一个唯一的地址，
可存储1位（位片结构）或多位 （字片结构）二进制数据 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N ＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
② 地址译码电路
0 A5 A4 A3 A2 A1 A0
SRAM 2114的功能
工作方 CS* 式 未选中 读操作 写操作 1 0 0 WE* I/O4～I/O1
× 1 0
高阻 输出 输入
SRAM 2114的读周期
TA TA读取时间 地址 从读取命令发出到数据稳定出现的时间 给出地址到数据出现在外部总线上 T CS TRC读取周期 两次读取存储器所允许的最小时间间隔 TCX TODT 数据 有效地址维持的时间 DOUT TOHA

RAS
采用“仅行地址有效”方法刷新 TRAS
TRC
只 读 存 储 器
只读存储器ROM，是一种非易失性的半 导体存储器件。其中所存放的信息可长 期保存，掉电也不会丢失，常被用来保 存固定的程序和数据。在一般工作状态 下，ROM中的信息只能读出，不能写入。 对可编程的ROM芯片，可用特殊方法将信 息写入，该过程被称为“编程”。对可 擦除的ROM芯片，可采用特殊方法将原来 信息擦除，以便再次编程。
I/O2
I/O3 I/O4
8
9
WE*
5.1.2 半导体存储器芯片的结构
地 地 读 数 址 址 写 据 存储体 ① 存储体 寄 译 电 寄 存 码 路 存 DB AB 存储器芯片的主要部分，用来存储信息
② 地址译码电路
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特 控制电路
定的存储单元
③ 片选和读写控制逻辑 OE WE CS
1 译 码 器 63
0
存储单元 A2 行 单译码结构 A1 译 64个单元 双译码结构 A0 码 7 双译码可简化芯片设计 64个单元 主要采用的译码结构 0 1 7 列译码