第5章 存储器11-30~12-1

RAM的 个特性： 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。 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。 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 易失性（或挥发性）。当断电后， ）。当断电后 容立即消失。 容立即消失。
5.3.1 各类存储芯片的接口共性 DRAM芯片与存储条的接口特性 5.3.2 DRAM芯片与存储条的接口特性
5.3.1 各类存储芯片的接口共性
1.各类存储器芯片的通用引脚 1.各类存储器芯片的通用引脚
从与CPU接口的特性看， 从与CPU接口的特性看，各类存储器芯片除电源线和 CPU接口的特性看 地线外，一般都有以下四类外部引脚信号线： 地线外，一般都有以下四类外部引脚信号线：
DRAM芯片与存储条的接口特性 5.3.2 DRAM芯片与存储条的接口特性
DRAM存储条及其接口特性 2. DRAM存储条及其接口特性
微机系统中使用的内存都是将多片DRAM芯片 微机系统中使用的内存都是将多片DRAM芯片 DRAM 塑封在一个长条型印刷电路板上的DRAM内存条， DRAM内存条 塑封在一个长条型印刷电路板上的DRAM内存条， 以便于减小体积、扩充容量和更换模块。 以便于减小体积、扩充容量和更换模块。内存条 有以下三种结构: 有以下三种结构:
5.2.1 半导体存储器的分类
Flash ROM的特点: 的特点: 的特点 兼具有EEPROM、SRAM和DRAM的优点： 和 的优点： 兼具有 的优点 速度高、密度大；非易失； • 速度高、密度大；非易失； 内含命令、状态寄存器，可在线编程； • 内含命令、状态寄存器，可在线编程； 可整片/按扇区/按页面/按字节擦写； • 可整片/按扇区/按页面/按字节擦写； 有数据保护、保密能力。 • 有数据保护、保密能力。 Flash ROM的应用： 的应用： 的应用 主板、显卡BIOS • 主板、显卡BIOS • 移动存储器 MP3播放器 • MP3播放器 数码相机、 • 数码相机、摄像机存储卡 嵌入式、 • 嵌入式、便携式系统电子盘
SIMM（Single In-Line Memory Module） （ ） 常用规格见P219 单列直插存储模块 常用规格见P219 DIMM（Dual In-Line Memory Module） （ ） 双列直插存储模块 RIMM（Rambus In--Line Memory Module） （ ） 存储器总线直插存储模块
5.1 现代高档微机系统的存储器体系结构
高速缓存的引入， 高速缓存的引入， 的引入 5.1.1 分级存储器结构 把慢速的内存当 高速内存来使用。 高速内存来使用。
容量增
CPU 内 部 寄 存 器
高速缓冲存 储器( 储器(Cache)
内 存 储 器
外 存 储 器
速度、位价格减 速度、
虚拟存储器技术是在内存 虚拟存储器技术 分级存储器结构示意图 是在内存 与外存之间引入相应的硬件 和软件， 和软件 5.1.2 虚拟存储器结构，把大容量的外存当 大容量的内存来使用。 大容量的内存来使用。
5.2 半导体存储器的分类与选用原则
5.2.1 半导体存储器的分类 5.2.2 存储器芯片的选用原则
5.2.1 半导体存储器的分类
掩模ROM 掩模 PROM EPROM E2PROM Flash ROM SRAM DRAM IRAM NVRAM
• ROM的类型 的类型
半导体存储 器从功能和 器从功能和 应用角度主 应用角度主 要有两大类: 要有两大类:
• RAM的类型 的类型
什么是掩膜？在半导体制造中， 什么是掩膜？在半导体制造中，许多芯片工 艺步骤采用光刻技术 用于这些步骤的图形“ 光刻技术， 艺步骤采用光刻技术，用于这些步骤的图形“底 称为掩膜（也称作“掩模” 片”称为掩膜（也称作“掩模”）。 其作用是： 其作用是：在硅片上选定的区域中对一个不 透明的图形模板掩膜， 透明的图形模板掩膜，继而下面的腐蚀或扩散将 只影响选定的区域。 只影响选定的区域
第五章 存 储 器
5.1 现代高档微机系统的存储器体系结构 5.2 半导体存储器的分类与选用原则 5.3 存储器芯片和存储条的接口特性 5.4 内存储器系统的构成原理 高速缓存器（Cache)基本原理 5.5 高速缓存器（Cache)基本原理 5.6 外存储器 5.7 虚拟存储器管理机制
计算机的存储器系统
5.2.2 存储器芯片的选用原则
1. ROM与RAM的选用 与 的选用 掩模ROM 掩模 2. ROM类型的选用 类型的选用 PROM EPROM E2PROM Flash ROM SRAM DRAM 内存条
4个层面 个层面
3. RAM类型的选用 类型的选用 4. 芯片型号的选用
5.3 存储器芯片和存储条的接口特性
将两个或两个以上速度、 将两个或两个以上速度、容量和价格各不相 同的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法 同的存储器用硬件、 组织起来，这样就构成了计算机的存储系统 计算机的存储系统。 组织起来，这样就构成了计算机的存储系统。 系统的存储速度接近最快的存储器， 系统的存储速度接近最快的存储器，容量接 近最大的存储器。 近最大的存储器。
了解存储芯片的接口特性,实质上就是要了解它 了解存储芯片的接口特性,实质上就是要了解它 有哪些与CPU总线相关的信号线， CPU总线相关的信号线 有哪些与CPU总线相关的信号线，以及这些信号线相 互间的定时关系；在此基础上, 互间的定时关系；在此基础上,进而弄清楚这些信号 线与CPU的三大总线应如何连接。 CPU的三大总线应如何连接 线与CPU的三大总线应如何连接。
直连
关键： 关键：高低位 AB如何划分 AB如何划分
数据线
DB
直连
4类接口 地址线 低位 信号线
AB
（电源 地址 片选线 线除外） 线除外） 译码器
速度匹配 直连
不 CB相应线 读/写控制线 匹 根据译码方式的不同，可有三种常用片选控制方法： 配 1、线选法 2、全译码法 3、局部译码法 等待信号产生 电路
CPU
高位
DRAM芯片与存储条的接口特性 5.3.2 DRAM芯片与存储条的接口特性
DRAM芯片的接口特殊性 1. DRAM芯片的接口特殊性
DRAM在原理和结构上与SRAM有很大不同： DRAM在原理和结构上与SRAM有很大不同： 在原理和结构上与SRAM有很大不同 DRAM是靠电荷存储器件(或电容)存储信息， DRAM是靠电荷存储器件(或电容)存储信息，由于 是靠电荷存储器件 电容存在漏电现象，不停电也会导致信息丢失。 电容存在漏电现象，不停电也会导致信息丢失。 DRAM芯片集成度高，存储容量大，为节省外部引 DRAM芯片集成度高，存储容量大， 芯片集成度高 其地址输入一般采用两路复用锁存方式（ 脚，其地址输入一般采用两路复用锁存方式（即 采用行地址和列地址来分时传送地址， 行地址和列地址来分时传送地址 采用行地址和列地址来分时传送地址，共用一组 地址信号线，这样， 地址信号线，这样，地址信号线的数量仅为同等 容量SRAM芯的一半）。 SRAM芯片的一半 容量SRAM芯片的一半）。 故与CPU接口时表现出更多的特殊性： 故与CPU接口时表现出更多的特殊性：一是需定时 CPU接口时表现出更多的特殊性 动态刷新；二是地址线要采用二路复用。 动态刷新；二是地址线要采用二路复用。
动态随机存储器DRAM 动态随机存储器DRAM
DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的， DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由于 是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的 电容上的电荷会逐渐泄漏， 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 ），所以动态RAM需要设置刷新 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。 电路，相应外围电路就较为复杂。 定时刷新的时间间隔一般为几微秒～ 定时刷新的时间间隔一般为几微秒～几毫秒 DRAM的特点是集成度高（存储容量大，可达1Gbit/ 的特点是集成度高 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 ），功耗低 左右），需要刷新。 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 在微机中应用非常广泛， 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。 ）、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的 （主存）、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。
5.1 现代高档微机系统的存储器体系结构
现代高档微机系统中， 现代高档微机系统中，存储器技术的发展始终是 以实现低成本 大容量和高速度为其追求目标 低成本、 为其追求目标， 以实现低成本、大容量和高速度为其追求目标，而用 单一工艺制造的半导体存储器往往难以同时满足这三 方面的要求。为解决这一矛盾、 方面的要求。为解决这一矛盾、提高存储器系统的性 能，目前高档微机系统普遍采用以下结构来组织整个 存储器系统： 存储器系统： 分级存储器结构 虚拟存储器结构
常见DRAM的种类： 常见DRAM的种类： DRAM的种类
SDRAM（ 同步DRAM DRAM） 它在1 SDRAM（Synchronous DRAM 同步DRAM）——它在1个CPU 它在 时钟周期内可完成数据的访问和刷新，即可与CPU CPU的时钟 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， 的工作频率目前最大可达150MHz 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 150MB/s， 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。 中流行的标准内存类型。 RDRAM（ DRAM） 是由Rambus RDRAM（Rambus DRAM）——是由Rambus公司所开发的高 是由Rambus公司所开发的高 DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s 1.6GB/s。 速DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s。 SDRAM（ DDR SDRAM（Double Data Rate SDRAM 双倍数据速率同 DRAM） 是对SDRAM的改进， 步DRAM）——是对SDRAM的改进，它在时钟的上升沿和下 是对SDRAM的改进 降沿都可以传送数据，其数据率可达200 200MB/s。 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。 要应用在主板和高速显示卡上。