第-6-章-主-存-储-器资料课件.ppt
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1、第第 6 章章 主主 存存 储储 器器本章讲述:6.1 半导体存储器的分类6.2 读写存储器(RAM)6.3 现代RAM6.4 只读存储器(ROM)存储器是信息存放的载体存储器为计算机能够脱离人的直接干预,自动地工作为提供了基础。存储器的容量越大,存放的信息就越多,计算机系统的功能也就越强。存储器的工作速度相对于CPU总是要低1至2个数量级。存储器的工作速度又是影响计算机系统数据处理速度的主要因素。存储器的功能与意义存储器的功能与意义计算机系统对存储器的要求是容量要大、存取速度要快,但容量大、速度快与成本低是矛盾的,容量大、速度快必然使成本增加。为了使容量、速度与成本适当折衷,现代计算机系统都
2、是采用多级存储体系结构:主存储器(内存储器)、辅助(外)存储器以及网络存储器,如图6-1所示。图6-1 存储层次结构在CPU与主存储器之间有一层称为高速缓冲存储器(Cache)。Cache容量较小,目前一般为几百千字节(KB),其工作速度几乎与CPU相当。主存储器(内存条)容量较大,目前一般为128MB或256MB,工作速度比Cache慢。但目前所用的SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM性能已有了极大的提高。外存储器容量大,目前一般为几十吉字节(GB),但工作速度慢。存储器的层次结构存储器的层次结构多级存储器结构的作用与现状多级存储器结构的作用与现状这种多级存储器体系结构,较好地解决了存
3、储容量要大,速度要快而成本又比较合理的矛盾。前两种存储器也称为内存储器,目前主要采用的是半导体存储器。目前,半导体存储器的集成度大大提高,体积急剧减小,成本迅速降低。外部存储器,目前主要是磁介质存储器,其容量迅速提高,最常见是几十GB的硬盘。另外,移动硬盘、只读光盘、可擦除的光盘也迅速发展。6.1 半导体存储器的分类半导体存储器的分类半导体存储器可分为两类:读写存储器RAM,和只读存储器ROM。RAM主要用来存放各种现场的输入输出数据、中间计算结果、与外存交换的信息以及作为堆栈使用。它的存储单元的内容按照需要既可以读出,也可以写入或改写。ROM的信息在使用时是不能改变的,它只能读出,故一般用来
4、存放固定的程序,如微型计算机的管理、监控程序,汇编程序等,以及存放各种常数、函数表等。半导体存储器的分类,可用图6-2来表示。6.1.1 RAM的种类的种类在RAM中,分为双极型(Bipolar)和MOS RAM两大类。1.双极型RAM的特点存取速度高;集成度较低(与MOS相比);功耗大;成本高。双极型RAM主要用于Cache。2.MOS RAM用MOS器件构成的RAM,又可分为静态(Static)RAM(SRAM)和动态Dynamic RAM(DRAM)两种。用由6管构成的触发器作为基本存储电路;集成度高于双极型但低于动态RAM;不需要刷新,故可省去刷新电路;功耗比双极型的低,但比动态RAM
5、高;易于用电池作为后备电源;存取速度较动态RAM快。静态静态RAM的特点的特点动态动态RAM的特点的特点 基本存储电路用单管线路组成(靠电容存储电荷);集成度高;比静态RAM的功耗更低;价格比静态便宜;因动态存储器靠电容来存储信息,由于总是存在有泄漏电流,故要求刷新(再生)。典型的是要求每隔1ms刷新一遍。6.1.2 ROM的种类的种类 1.掩模ROM早期的ROM由半导体厂商按照某种固定线路制造的,制造好以后就只能读不能改变。2.可编程序的只读存储器PROM(Programmable ROM)这种ROM可由用户对它进行编程,但用户只能写一次,目前已不常用。3.可擦去的可编程只读存储器EPROM
6、(Erasable PROM)为了适应科研工作的需要,希望ROM能根据需要写,也希望能把已经写上去的内容擦去,然后再写,且能改写多次,于是就生产了这种EPROM。6.2 读写存储器(读写存储器(RAM)6.2.1 基本存储电路基本存储电路 基本存储电路是组成存储器的基础和核心,它用来存储一位二进制信息:“0”或“1”。在MOS存储器中,基本存储电路分为静态存储电路和动态存储电路两大类。1.六管静态存储电路静态存储电路是由两个增强型的NMOS反相器交叉耦合而成的触发器,如图6-3(a)所示。图6-3 六管静态存储单元2.单管存储电路单管存储电路如图6-4所示。它是由一个管子T1和一个电容C构成。
7、写入时,字选择线为“1”,T1管导通,写入信号由位线(数据线)存入电容C中;在读出时,选择线为“1”,存储在电容C上的电荷,通过T1输出到数据线上,通过读出放大器即可得到存储信息。为了节省面积,这种单管存储电路的电容不可能做得很大,一般都比数据线上的分布电容Cd小,因此,每次读出后,存储内容就被破坏,要保存原先的信息必须采取恢复措施。6.2.2 RAM的结构的结构1.存储体在较大容量的存储器中,往往把各个字的同一位组织在一个片中。同一位的这些字通常排成矩阵的形式。如 3232=1024,或6464=4096。由X选择线行线和Y选择线列线的重叠来选择所需要的存储单元。图6-5 典型的RAM示意图
8、这样做可以节省译码和驱动电路。如果存储容量较小,也可把RAM芯片的单元阵列直接排成所需要位数的形式。这时每一条X选择线代表一个字,而每一条Y线代表字中的一位,所以习惯上就把X选择线称为字线,而Y选择线称为位线。存储器外围电路存储器外围电路(1)地址译码器存储单元是按地址来选择的,必须对地址信号经过译码,用以选择需要访问的单元。(2)I/O电路它处于数据总线和被选用的单元之间,用以控制被选中的单元的读出或写入,并具有放大信息的作用。(3)片选控制端CS#(Chip Select)一个存储体总还是要由一定数量的芯片组成。在地址选择时,首先要选片,用地址译码器输出和一些控制信号(如IO/M#)形成选
9、片信号。(4)集电极开路或三态输出缓冲器地址译码的方式地址译码的方式地址译码有两种方式:一种是单译码方式或称字结构;另一种是双译码,或称复合译码结构。(1)单译码方式在单译码结构中,字线选择某个字的所有位,图6-6是一种单译码结构的存储器,它是一个16字4位的存储器,共有64个基本电路。(2)双译码方式采用双译码方式,可以减少选择线的数目。在双译码结构中,地址译码器分成两个。图6-6 单译码结构存储器图6-7 双译码存储器电路6.2.3 RAM与与CPU的连接的连接RAM与CPU的连接,主要有以下三个部分:(1)地址线的连接;(2)数据线的连接;(3)控制线的连接。RAM与与CPU连接时要考虑
10、的问题连接时要考虑的问题(1)CPU总线的负载能力在小型系统中,CPU是可以直接与存储器相连的,而在较大的系统中,需要时就要加上缓冲器,由缓冲器的输出再带负载。(2)CPU和存储器之间的时序配合问题CPU在取指和存储器读或写操作时,是有固定时序的,就要由这来确定对存储器的存取速度的要求。或在存储器已经确定的情况下,考虑是否需要TW周期,以及如何实现。(3)存储器的地址分配和选片问题内存通常分为RAM和ROM两大部分,而RAM又分为系统区和用户区,用户区又要分成数据区和程序区。所以内存的地址分配是一个重要的问题。另外,目前生产的存储器,单片的容量仍然是有限的,所以总是要由许多片才能组成一个存储器
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