存储器概述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。

•8
6.1.4
二、动态存储器 1. DRAM的存储元 单管动态存储元电路如图6.3所示。 2. DRAM的外部特性 图6.4所示为2164A的引脚图，其引脚功能如下： A0～A7：地址输入线。DRAM芯片在构造上的特点是 芯片上的地址引脚是复用的。两次送到芯片上去的地址分 别称为行地址和列地址。在相应的锁存信号控制下，它们 被锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器中。 DIN和DOUT：芯片的数据输入、输出线。 RAS：行地址锁存信号。 CAS：列地址锁存信号。 WE：写允许信号。当它为低电平时，允许将数据写入。 反之，当WE=l时，可以从芯片读出数据。
存储系统分为两个存储体，如图6.19所示。 对于16位的CPU为此也都设置了用于存储体选择的两个 控制 信号和。表6.3描述了这两个引脚和所选择的存储体。 在Intel系列的CPU通过产生独立的写信号来选择每个存 储体的写操作，如图6.20所示。
图6.21描述了一个8086存储系统的连接图。
•23
6.4.2 32位机的存储系统
•13
0111 101
该片6264的地址范围为：
0111 1010 0000 0000 0000=3E000H
到
0011 1111 1111 1111 1111=3FFFFH
若将图6.9中的“与非”门改为“或”门，如图6.10所 示，则6264的地址范围就变成84000H～85FFFH。
二、部分地址译码方式
在构成一个实际的存储器时，往往需要同时进行位扩 展和字扩展才能满足存储容量的需求。扩展时需要的芯片 数量可以这样计算：要构成一个容量为MN位的存储器， 若使用pk位的芯片（p<M,k<N），则构成这个存储器需 要(M/p）(N/k)个这样的存储器芯片。 例6-1 用Intel 2164构成容量为128KB的内存。 分析：由于2164是64K×1的芯片，所以首先要进行位扩 展。用8片2164组成64KB的内存模块，然后再用两组这样 的模块进行字扩展。所需的芯片数为（128/64）×（8/1） =16片。 连接示意图如图6.18所示。

S
SiO2 浮栅
行线
VCC
位 线 输 出
P+ + + + P+ N衬底
(a)
浮栅管
D
位线 S (b)
图4.3 Intel 2764EPROM的外形和引脚信号
3. EPROM
可多次擦除、重写 三种工作方式：
读方式：VCC=+5V，VPP=+5V，CE#低 编程方式：VCC=+5V，VPP=21~25V，CE#高，
图4.2 DRAM控制器的原理图
4.1.5 只读存储器ROM
ROM的特点：
只许读出、不许写入
ROM器件的优点：
结构简单，所以位密度高 具有非易失性，所以可靠性高
应用场合：
存放不需要经常修改的信息
ROM的分类:
根据信息的设置方法，ROM分为5种 ： 掩膜型ROM 可编程只读存储器PROM 可擦除可编程只读存储器EPROM 可用电擦除的可编程只读存储器E2PROM 闪烁存储器（flash memory）
4.2 存储器的连接
1. 存储器和CPU的连接考虑
① 高速CPU和较低速度存储器之间的速度匹配问题。 CPU插入等待状态Tw
② CPU总线的负载能力问题。 加入总线驱动器
③ 片选信号和行地址、列地址的产生机制。
片选译码、片内译码 ④ 对芯片内部的寻址方法。
通过低位地址线和芯片连接，提供行、列地址
2. 存储器芯片片选信号的产生方法
线选译码
▪ 适用于容量较小的存储器、结构简单 ▪ 地址重复、地址空间不连续
全译码
▪ 适用于容量较大的存储器、结构复杂 ▪ 不存在地址重复、地址空间连续
部分译码

D
A4
A3
A2
A1
A0
② 三管动态 RAM 芯片 (Intel 1103) 写 4、 2
行0
A9 1 地 0 A8 1 址 1
1
A7 1 译
码 31
A6 1 器 31
A5 1
…
… …
…
…
…
单元 电路
…
…
读写控制电路
0
1
…
31
列地址译码器
读选择线 写选择线
读 写数 数据 据线 线
刷新放大器
D
A4
A3
刷新放大器
D
31
1 A0
4、 ③ 单管动态 RAM 4116 (16K ×1位) 外特性 2
RAS
行时钟
CAS
时序与控制
列时钟
WE
写时钟
A'6
行地址
~
A'0
缓存器
行 存储单元阵列 译 码 基准单元
读 列译码器
出 放
再生放大器
大 列译码器
数据输入
寄存器 DIN
I/O
缓存器
列地址 缓存器
行 基准单元 译 码 存储单元阵列
D
31
1 A0
② 三管动态 RAM 芯片 (Intel 1103) 写 4、 2
行0
A9 1 地 0 A8 1 址 1
1
A7 1 译
码 31
A6 1 器 31 A5 1
0
0 A4
…
…
…
…
…
…
单元 电路
…
…
读写控制电路
1
…
列地址译码器
0 A3

地址转换过程是：
CPU获得的逻辑地址首先与下限寄存器 的值相加，产生物理地址；然后与上限寄存 器的值比较。 1、若大于上限寄存器的值，产生“地址越界” 中断信号，由相应的中断处理程序处理； 2、若不大于上限寄存器的值，则该物理地址 就是合法地址，它对应于内存中的一个存储 单元。
案例分析
【例3-1】在某系统中采用固定分区分配管理 方式，内存分区(单位字节)情况如图3-10a所 示。现有大小为1KB、9KB、33 KB、121KB 的多个作业要求进人内存，试画出它们进入 内存后的空间分配情况，并说明内存浪费有 多大?
内存的在系统中的地位
CPU
内存
I/O 系统
外设
内存在计算机系统中的地位
3.1.1 存储体系
存储器存取 时间减少 存储器存取 速度加快 每位存储器 成本增加 存储器容量 减少 外 存 高速缓存器
程序和数据 可以被CPU 直接存取 内 存
程序和数据必 须先移到内存， 才能被CPU访问
三级存储器结构
存储器管理
单一连续分配仅适用于 单道程序设计环境，处 理机、主存都不能得到 充分的利用。
操作系统
32 KB
作业 分配给用户作 业的空间 未用
64 KB
1 60 KB
浪费
单一连续分配
特点：
（ 1 ）管理简单。它把主存分为两个区，用户区一 次只能装入一个完整的作业，且占用一个连续的 存储空间。它需要很少的软硬件支持，且便于用 户了解和使用。 （ 2 ）在主存中的作业不必考虑移动的问题，并且 主存的回收不需要任何操作。 （ 3 ）资源利用率低。不管用户区有多大，它一次 只能装入一个作业，这样造成了存储空间的浪费， 使系统整体资源利用率不高。 （4）这种分配方式不支持虚拟存储器的实现。

解：（1）需要26根地址线。

（2）有24根地址线

（3）共用8片。

（4）连线图如下图所示。
〔例６〕半导体存储器容量为7K×8位，其中固化区为4k×8 位，可选用 EPROM芯片：2K×8/片。随机读/写区为3K×8， 可选SRAM芯片：2K×4/片和1K×4/片。地址总线为A15~A0，
为“０”。
★ 注意：读出 “１” 信息后，电容Ｃｓ上无电荷，不能再 维持“１”，这种现象称为“破坏性读出”，须进行“恢复”操 作。
（３） 保持，字选线为“０”，Ｔ截止，电容Ｃｓ无放电 回路，其电荷可暂存数毫秒，即维持“１”数毫秒；无电荷 则保持“０”状态。
★ 注意：保持“１”信息时，电容Ｃｓ也要漏电，导致Ｃｓ上 无电荷，须定时“刷新”。
写1：数据线I/O=1、 I / O =0，使位线D=1、 D =0；
推出T1截止，T2导通使Q=1、 Q =0，写入“1”。
（2）读出
行选线xi，列选线yj加高电平，使T5 、T6导通和V1 、V2导通。
如果原存信息Q=0，则T1导通，从位线D将通过T5、T1到地 形成放电回路，有电流经D流入T1，使I/O线上有电流流过，经放 大为“0”信号，表明原存信息为“0”。而此时因T2截止，所以D 上无电流。
〔例〕32位地址线的计算机： 232＝220×210×22＝4千兆＝4G 但现在实际配的主存假设为512兆，
即 512兆＝220×29
所以，32 位地址线寻址的是逻辑地址， 29位地址线寻址的是物理地址。
3.1.3 存储器的分类
一、根据存储介质来分
1. 半导体存储器：
静态存储器 动态存储器
2. 磁表面存储器：磁盘、磁带等。（磁性材料）

3．地址译码器
由于存储器系统是由许多存储单元构成的，每个存储单元一般 存放8位二进制信息，为了加以区分，我们必须首先为这些存储单 元编号，即分配给这些存储单元不同的地址。地址译码器的作用 就是用来接受CPU送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地 址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读／写操作。
(3)按在微机系统中位置分类
分为主存储器(内存)、辅助存储器(外存)、缓冲存 储器等，主存储器又称为系统的主存或者内存，位于
系统主机的内部，CPU可以直接对其中的单元进行读/ 写操作；辅存存储器又称外存，位于系统主机的外部， CPU对其进行的存/取操作，必须通过内存才能进行； 缓冲存储器位于主存与CPU之间，其存取速度非常快， 但存储容量更小，可用来解决存取速度与存储容量之 间的矛盾，提高整个系统的运行速度。
3．地址译码器(续）
0
A5
0 1
存储单元
• 单译码A结2 构行
1
A4 A3 A2 A1 A0
译 码 器
63
• 双u 双译译码AA码结10 可构简译码化7 芯片6设4个计单元
64个单u元主要采用的译码0 结构1
7
列译码
单译码 双译码
A3A4A5
4.1.2 存储器的系统结构
4．片选与读／写控制电路 片选信号用以实现芯片的选择。对于一个芯片 来讲，只有当片选信号有效时，才能对其进行读 ／写操作。片选信号一般由地址译码器的输出及 一些控制信号来形成，而读/写控制电路则用来控 制对芯片的读/写操作。 5．I/O电路 I/O电路位于系统数据总线与被选中的存储单元 之间，用来控制信息的读出与写入，必要时，还 可包含对I/O信号的驱动及放大处理功能。
掩膜式ROM 一次性可编程ROM（PROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程ROM（EEPR

课程大纲
主存储器的工作原理；
主存储器的应用场景和案例分析 ；
主存储器的组成结构；
主存储器技术的发展趋势；
主流厂商和产品介绍。
学习收益
建立起主存储器的基本概念和知识体系；
熟悉主存储器技术的应用场景和案例，能够进行方案 设计和应用；
掌握主存储器的组成和工作原理，理解其性能和可靠 性；
熟悉主流厂商和产品，掌握其特点和优劣，能够进行 合理配置和优化。
案例分析
案例一
需求分析
产品选型
配置设计
安装调试
某金融公司主存储器的 选型与配置方案
该金融公司需要满足高 并发访问、持久稳定的 数据存储需求，同时要 求具备一定的容灾能力 。
选择了两台某品牌的磁 盘阵列作为主存储器， 采用冗余配置提高可靠 性。
采用RAID 5+热备盘的 方式提高磁盘阵列的容 错性和性能。同时，根 据业务需求划分不同的 逻辑卷，并进行相应的 数据备份和恢复策略设 置。
内存泄漏通常是由应用程序的错误引起的，例如在动态分配 内存后未正确释放或在关闭程序之前未正确关闭相关资源。
05
主存储器的选型与配置
选型原则
兼容性
选择的主存储器应当与主机、服务器等设 备兼容，以确保稳定性和可靠性。
性能
根据应用场景和数据读写速度要求，选择 具有高性能的主存储器。
容量
考虑存储需求和数据规模，选择适当的存 储容量以满足业务需求。
03
课程不足
由于主存储器技术发展迅速，本课程在某些方面的更新可能不够及时
。
学习建议
深入学习
主存储器技术涉及到多个领域的知识，建议学员在课后深入学 习相关知识，提高自己的专业水平。
阅读最新文献

内存的读写工作过程。

4
一 DRAM存储最小单元
8
DRAM存储元的记忆原理
1、MOS 管作为 2 、写 1—— 输出缓冲 5 后存储位 4 、读出 1 —— 输入 3、写0——输出缓 开关使用，信 器和刷新缓冲器关闭； 元重写 1 (1的读出是 缓冲器和刷新缓冲 冲器和刷新缓冲器 息由电容器上 输入缓冲器打开 (R/W 器关闭；输出缓冲 破坏性的 )——输入 关闭；输入缓冲器 的电荷量体 为低 )，DIN=1 送到存 缓冲器关闭，刷新 器 /读放打开 (R/W 打开，输入数据 现—— 电容器 储元位线上；行选线 缓冲器和输出缓冲 为高 ) ；行选线为 DIN=0送到存储元 充满电荷代表 为高，打开 MOS 管， 器 / 读放打开， 高，打开 MOS 管， 位线上；行选线为 存储了 1；电容 位线上的高电平给电 D =1 经刷新缓冲 电容上存储的 1管， 送 OUT 高，打开MOS 器放电没有电 容器充电 器送到位线上，再 到位线上，通过输 电容上的电荷通过 荷代表存储了 0 经 MOS 管写到电容 出缓冲器 /读出放 MOS 管和位线放电 上 大器发送到DOUT， 即DOUT=1
13
实例
例1：某一动态RAM芯片，容量为64K×1，
除电源线，接地线和刷新线外，该芯片最 小引脚数目为多少？
14
三 DRAM的周期

读周期：行地址和列地址要在行选通信号
与列选通信号之前有效，并在选通信号之 后一段时间有效。保证行地址与列地址能 正确选通到相应的锁存器。

写周期：写命令信号必须在选通信号有效 前有效。
读 /写 7.8μs 刷新 读 /写 7.8μs 刷新
8ms 异步刷新方式
四 刷新方式
例3：有一个16K×16的存储器，用1K×4位

引脚号
2764
27128
27256
27512
引脚号
2764
27128
27256
27512
1
VPP
VPP
VPP
A15
15
D3
D3
D3
D3
2
A12
A12
A12
A12
16
D4
D4
D4
D4
3
A7
A7
A7
A7
17
D5
D5
D5
D5
4
A6
A6
A6
A6
18
D6
D6
D6
D6
5
A5
A5
A5
A5
19
D7
D7
D7
D7
6
A4
例如：6264静态RAM的容量为8K x 8bit NMC41257的容量为256K x 1bit
某一芯片有多少个存储单元，每个存储单元存储若干位，由于其数值一般 都比较大，存储容量常以字节（Byte）表示。因此常以K表示210，以M表示 220，G表示230。如256KB等于256×210×8bit，32MB等于32×220×8bit。
A4
行 译
存储器阵列
VCC
…
…
码
128x128
GND
A10
WE
I/O1
…
…
…
输入数 据控制
列I/O 列译码
OE
I/O8
CE
…
… …
…
CE
1
WE
0 0
＆ 0
A0A1A2A3
0