计算机存储系统(课件)

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
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
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。
+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)
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

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。
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）
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
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
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
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）。
VSS CAS* DOUT A6 A3 A4 A5 A7
DRAM 2164的读周期
RAS 存储地址需要分两批传送 TRCD RAS*有效，开始传送 TCAS 行地址选通信号 CAS TASR 行地址 TRAH TCAH 随后，列地址选通信号CAS*有效，传 地址 行地址 列地址 送列地址， CAS*相当于片选信号 TASC DOUT 读写信号 WE*读有效 TCAC 数据从DOUT引脚输出 WE TRAC TRC TRAS
SRAM芯片2114
存储容量为1024×4
A6 A5 A4 A3
1 2 3 4 5 6 7
18 17 16 15 14 13 12 11 10
Vcc A7
A8
A9 I/O1
A0 18个引脚： A1 10根地址线A9～A0 A2 4根数据线I/O4～I/O1 CS* 片选CS* GND 读写WE*
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。
存储容量为8K×8 28个引脚：

13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0 片选CS1*、CS2 读写WE*、OE*
NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
只 读 存 储 器
Flash Memory芯片借用了EPROM结构简单， 又吸收了 E2PROM 电擦除的特点；不但具备 RAM 的高速性，而且还兼有 ROM 的非挥发性。同时 它还具有可以整块芯片电擦除、耗电低、集成 度高、体积小、可靠性高、无需后备电池支持、 可重新改写、重复使用性好（至少可反复使用 10 万次以上）等优点。平均写入速度低于 0.1 秒。使用它不仅能有效解决外部存储器和内存 之间速度上存在的瓶颈问题，而且能保证有极 高的读出速度。 Flash Memory芯片抗干扰能力很强。
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。
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。
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)

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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
RDRAM（Rambus DRAM）——是由Rambus公司所
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
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）
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）
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
1
A3A4A5
单译码
双译码
③ 片选和读写控制逻辑
片选端CS*或CE* 有效时，可以对该芯片进行读写操作 输出OE* 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 该控制端对应系统的读控制线 写WE* 控制写操作。有效时，数据进入芯片中 该控制端对应系统的写控制线
静态RAM（SRAM)基本的存储电路
随 机 存 取 存 储 器
静态存储器SRAM
特点：
用双稳态触发器存储信息。
速度快（<5ns），不需刷新，外围电路比较
简单，但集成度低（存储容量小，约1Mbit/ 片），功耗大。 在PC机中，SRAM被广泛地用作高速缓冲存 储器Cache。 对容量为M*N的SRAM芯片，其地址线数=㏒ 2M；数据线数=N。反之，若SRAM芯片的地 址线数为K，则可以推断其单元数为2K个。
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