概述半导体存储器芯片的基本结构
dram存储器简介演示
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。
半导体存储器工作原理和最新技术
半导体存储器工作原理和最新技术随着现代社会的快速发展，信息技术技术的发展也日新月异。
作为信息技术中不可或缺的部分，存储器技术一直在不断地更新发展。
其中，半导体存储器作为一种重要的存储器类型，其工作原理和最新技术备受人们关注。
一、半导体存储器工作原理半导体存储器是一种将位于半导体芯片上的电荷量代表数据的存储器。
半导体存储器主要分为两大类：随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
1.1 随机访问存储器(RAM)RAM分为动态随机访问存储器(DRAM)和静态随机访问存储器(SRAM)两种。
DRAM的存储单元为电容器，单元大小为1位。
SRAM的存储单元为双稳态触发器，单元大小为1至4位。
DRAM的电容器存储单元会因电容器内部漏载而持续降低，因此需要周期性地重新刷新。
此外，DRAM单元还需要进行复杂的读写时间控制。
SRAM则不需要刷新电容器和时间控制，但存储单元占用面积较大，并需要额外的电源驱动。
1.2 只读存储器(ROM)ROM是一种只可读取而不能修改的存储器。
ROM中存储单元的电荷量是由制成时设置的金属焊点决定，即“掩膜”制造技术，这种存储器能够非常方便地实现电路的控制功能。
二、半导体存储器最新技术半导体存储器技术也在不断更新发展中。
这里将介绍三种最新的半导体存储器技术。
2.1 革命性大规模存储器技术革命性大规模存储器技术是一种新的存储器类型，它能够实现超过TB级别的数据存储。
这种存储器采用叠层非易失存储器和InP HEMT收发器，能够实现一次读取数百Gbits的数据，传输速度极快。
2.2 基于电容器的晶体管门极控制技术基于电容器的晶体管门极控制技术是实现高密度存储的一种方法。
目前的主流半导体存储器采用平面电容器单元，但其占用面积较大。
所以，一种新的基于电容器的晶体管门极控制技术被提出。
这种新技术利用了电容器单元与相邻晶体管的栅极之间的短距离联系，降低了存储单元面积，同时提升了数据存取速度。
2.3 基于氧化硅和二氧化硅的存储器技术基于氧化硅和二氧化硅的存储器技术被广泛应用于普通高密度存储器。
片上计算机系统05-存储器
只读存储器（Read Only Memory）
– 非易失性 – 掩膜型只读存储器（ROM）、可编程只读存 储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器 （EPROM）、电可擦除可编程只读存储器 （EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory） 紫外线接收窗
一、存储器分类
1、按存储介质分类
– 半导体存储器：TTL、MOS – 磁表面存储器：磁盘、磁带、磁鼓 – 磁芯存储器：硬磁材料的环状元件 – 光盘存储器：激光、磁光
易失
体积小、功耗低、存取时间短、易失性。
非 易 失
2、按数据保存方式分类
随机存储器（Random Access Memory）
– 易失性 – 静态随机存储器、动态随机存储器
地址空间
逻辑地址 物理地址 虚地址（逻辑地址）：程序员编程时采用 0 1 2 3 4 5 6 7
的地址（相对地址），地址空间大于实际 MOV AX, #4 20 MOV AX, #4 主存。 MOV BX, #2 21 MOV BX, #2 MOV CX, #6 实地址（物理地址）：主存的实际地址 22 MOV CX, #6 JMP 6 23 JMP 26 AND AX, #23 虚 硬件：MMU 实 24 AND AX, #23 AND BX, #22 地 地 软件： OS 25 AND BX, #22 MOV DX,址 #3 址MOV DX, #3 26 SUB DX, AX 27 SUB DX, AX
3、按数据存取方式分类
直接访问：
– 访问时间不随访问位置而变化。 – 内存
串行访问：
– 访问时间随访问位置而变化。 – 磁带（顺序访问）
存储器系统微机原理第2版课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088 的存储器组织；存储芯片的片选方法(全译码、部分译码、线选)；存储器的扩展方法(位扩展、字节容量扩展) 。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM DRAM EPROM和ROM勺区别RAM 的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM( SRAM和动态RAM( DRAM两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“ 1 ”和“ 0”；DRAM H利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“ 0”；ROM勺特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROI可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标( 1)存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
(2)存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间(Access Time)，从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC存储周期(MemoryCycle ), 启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
(3)存储器的可靠性：用MTB—平均故障间隔时间(Mea n Time Between Failures ) 来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
( 4)性能/ 价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
先进半导体存储器-结构、设计与应用__概述说明
先进半导体存储器-结构、设计与应用概述说明1. 引言1.1 概述随着信息技术的快速发展，存储器设备在计算机和移动设备等领域中扮演着至关重要的角色。
在过去的几十年里，人们开发了各种类型的存储器，其中最为先进和广泛应用的是半导体存储器。
半导体存储器以其快速读写操作、高密度数据存储和较低功耗的优势成为主流技术。
1.2 文章结构本文将对先进半导体存储器的结构、设计与应用进行全面深入地探讨。
首先，我们将介绍先进半导体存储器的基本原理和发展历程，包括其在计算机系统中的主要类别和性能指标。
然后，我们将重点探讨先进半导体存储器在计算机系统中主存和缓存系统中的应用以及其在移动设备和云计算中的应用。
此外，我们还将探讨未来先进半导体存储器发展方向及挑战，并分析微细加工技术对其造成的影响与挑战。
最后，在结论部分对该论题进行总结，并展望先进半导体存储器的未来发展方向和挑战。
1.3 目的本文旨在通过对先进半导体存储器的结构、设计与应用进行全面分析，帮助读者深入了解该领域的最新进展和技术趋势。
文章将从基础原理入手，详细介绍各种先进半导体存储器的类型、特点和性能指标，并探讨其在计算机系统中的广泛应用。
此外，文章还将关注微细加工技术对先进半导体存储器的影响和挑战，并展望该技术领域的未来发展方向。
通过阅读本文，读者将深入了解现代存储器技术的发展趋势，为相关研究和应用提供参考依据。
2. 先进半导体存储器的结构与设计2.1 先进半导体存储器的基本原理先进半导体存储器是一种利用电子场效应管和电容来实现数据存储的半导体器件。
它通常由晶体管和电容构成，其中晶体管用于控制电荷在电容中的流动以实现数据的存取。
基本存储单元包括位线、字线、感应线和电容，通过调整位线、字线和感应线上的电势，并利用晶体管对数据进行读写操作。
2.2 先进半导体存储器的发展历程先进半导体存储器起源于上世纪60年代，经历了多个阶段的技术演进。
最初的静态随机访问存储器(SRAM)采用双稳态触发器作为基本单元，具有快速读写速度和较高可靠性。
微机原理
2、存储器中的数据组织
(1)内存编址 在字节编址的计算机系统中，一个字节分配一个内存地址。 16位字和32位双字各占有2和4个字节单元。 例： 32位双字12345678H占内存4个字节地址24300H～24303H。 最低地址24300H为双字地址。 (2)数据组织 (b)大数端存放 (a)小数端存放 数据的最低 8位占数据内存 的首字节… 数据的最高 8位占数据内存 的末字节。 数据的最高 8位占数据内存 的首字节… 数据的最低 8位占数据内存 的末字节。
4、 HM6116 存储容量为2KB 24条引脚：
211=21×210 =2×K
16条地址线寻址64K 20条地址线寻址1M
11条地址线A0～A10；
8பைடு நூலகம்叠成一芯片
存储容量为2KB
HM6116
8条数据线I/O1 ～ I/O8； 1条电源线VCC； 1条接地线GND； 片选信号 CE 19脚 3条控制线 写允许信号 WE 16脚 读允许信号 OE 17脚
(3)可靠性 — 用MTBF(Mean Time Between Failures，
平均故障间隔时间)来衡量， MTBF越长，可靠性越高。
(4)性能/价格比
4、半导体存储器分类
静态RAM（SRAM）无需刷新
随机存取存储器 （RAM） 闪速存储器 （U盘）
动态RAM（DRAM）需要刷新
半导体 存储器
0
1
高/低电位 1
低/高电位
④读原理
读：行列地址选通该 位。 读控制线为高电位(写 控制线为低电位) ，G1 管导通(G3, G2管截止) 。 强迫T2 的Q处的电 位1(或0)与一位数据线相 通，该位数据出现在数 据线上。 即完成了该位存储器 的读出。
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
1 半导体存储器是由多种元件以及组件组成的，包括：
(1) 存储元件：用于空间上存储信息的元件，包括行选择元件、门电极、存取道和存储单元；
(2) 读写元件：与存储元件有关的元件，用于读取或写入存储元件中
的信息，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：用于彼此连接存储元件、读写元件和外部接口的元件，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：控制与调节半导体存储器工作的元件，包括电源、锁
存器和计时器；
(5) 封装元件：用于保护内部机构结构，提供与外界连接的元件，包
括封装、连接器和防火片；
2 半导体存储器的基本结构有：
(1) 存储元件：存储元件通常包括门电极、存取道和存储单元，采用
多位或多级结构空间上存储信息；
(2) 读写元件：读写元件与存储元件有关，利用电声的静电双向效应
实现存取动作，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：连接元件用于连接存储元件与读写元件，以及外部的
接口，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：功能组件用于控制与调节半导体存储器的工作，包括
电源、锁存器和计时器；
(5) 封装元件：封装元件用于提供与外界连接，保护内部机构结构，常见的封装元件有封装、连接器和防火片。
半导体芯片中各部分的名称
半导体芯片中各部分的名称
半导体芯片是一种集成电路，由多个部分组成，每个部分都有
特定的功能。
以下是半导体芯片中常见的各部分名称：
1. 芯片核心，芯片核心是半导体芯片的主要部分，包括处理器、控制单元等。
处理器是芯片的大脑，负责执行指令和处理数据；控
制单元则负责协调芯片内部各部分的工作。
2. 存储单元，存储单元用于存储数据和程序。
包括静态随机存
取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）等。
3. 输入/输出接口，输入/输出接口用于芯片与外部设备进行通信，包括USB接口、HDMI接口、以太网接口等。
4. 时钟电路，时钟电路用于产生芯片内部各部分的工作时钟信号，保证各部分的协调运行。
5. 电源管理单元，电源管理单元用于管理芯片的供电，包括电
压调节、电池管理等。
6. 信号处理单元，信号处理单元用于处理各种输入信号，包括模拟信号转换为数字信号、数字信号处理等。
7. 逻辑单元，逻辑单元用于执行逻辑运算，包括与门、或门、非门等。
8. 控制单元，控制单元用于控制芯片内部各部分的工作，包括指令译码、时序控制等。
以上是半导体芯片中常见的各部分名称，每个部分都在半导体芯片的功能和性能中发挥着重要作用。
希望这些信息能够帮助你更好地了解半导体芯片的组成。
芯片基本结构
芯片基本结构
芯片（集成电路）的基本结构通常包括以下几个核心部分：
1. 晶体管：作为芯片的基本组成单元，晶体管是控制电流流动的开关。
根据类型不同，可以分为NPN型和PNP型双极型晶体管、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等。
2. 逻辑门电路：由多个晶体管组合形成各种基本逻辑门（如与门、或门、非门），进而构成复杂的数字逻辑功能模块。
3. 存储器单元：包括RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器），用于暂时或永久性地存储数据。
4. 布线系统：芯片内部通过金属连线将各个组件连接起来，实现信号传输。
这包括多层互联（Interconnect）和过孔（Vias）结构。
5. 输入/输出端口（I/O）：芯片与外部电路通信的接口，用于接收外部指令和数据，并输出处理结果。
6. 电源和接地网络：为芯片内部各部分提供稳定电源，并确保良好的接地以维持正常工作状态。
7. 时钟电路：对于同步电路而言，时钟电路是非常关键的部分，它提供了整个芯片运行的节拍和同步信号。
8. 保护和隔离元件：如二极管、电容、电阻等，用于信号调理、滤波、保护芯片免受电压波动影响。
9. 模拟电路和混合信号电路：在一些集成度高的芯片中，还包含有模拟电路，例如运算放大器、比较器、ADC/DAC（模数/数模转换器）等。
第六章 存储器系统 微机原理 第2版 课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
半导体存储器
半导体存储器半导体存储器，是一种以存储二值信息的大规模集成电路作为存储媒体的存储器，常用于存储程序、常数、原始数据、中间结果和最终结果等数据，是微型计算机的重要记忆元件。
半导体存储器有存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等优点，主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。
目录∙半导体存储器概述∙半导体存储器分类∙半导体存储器原理∙半导体存储器的指标∙半导体存储器概述o和逻辑运算器一样，半导体存储器同样也是各种电子计算机的关键部件，并且广泛应用于各类通讯和家用电子设备中；如今大到超级计算机和航天飞机，小到手机、语言复读机、各种电子玩具以及智能卡，都用到不同种类的半导体存储器；没有存储记忆功能的数字集成系统芯片(system on chip, SOC)，就像人的大脑失去了记忆，如此可知存储器和逻辑运算器同等重要、缺一不可。
现代半导体存储器的基本特点包括高密度、大容量、高速度、低功耗、低成本、类型多、功能强、用途广，几乎在每种半导体存储器中都采用金属-氧化层-半导体（MOS）工艺，并位于整个MOS芯片制造工艺的前沿。
∙半导体存储器分类o半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成部分。
半导体存储器分类如下：按制造工艺分，有双极型和MOS型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）三类。
1.顺序存取存储器（简称SAM）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
2.随机存取存储器（简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
半导体存储器及存储扩展
静态RAM（SRAM）
掩膜式ROM（MROM） 可 编 程 ROM （ PROM ） 可擦 除 PROM （ EPROM ） 电可擦除PROM（E2PROM）
半导体存储器-SRAM
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
I.RAM
SRAM
基本存储位结构 SRAM芯片读写控制 SRAM芯片管脚举例…ຫໍສະໝຸດ … 3……
3
7 11 15
DRAM
基本存储位结构 DRAM芯片特点 DRAM芯片管脚举例
A3 A2 列0 地1 2 址3 译 码 CS WE
数据线 ≥1 OE
≥1
半导体存储器-SRAM
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
I.RAM
SRAM
基本存储位结构 SRAM芯片读写控制 SRAM芯片管脚举例
半导体存储器
College of Computer Science & Technology
半导体存储器
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
与MOS型比 集成度低，速度快， CPU内部寄存器
TTL型RAM 随机存取存储器 （RAM） 半导体存储器 只读存储器 （ROM） 动态RAM（DRAM） MOS型RAM
数据线 ≥1 OE
≥1
半导体存储器-SRAM
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
I.RAM
SRAM
基本存储位结构 SRAM芯片读写控制 SRAM芯片管脚举例
0 A1 行 地1 A0 址 码 译 … 0 4 8 12
…
… 3
…
…
3
7 11 15
DRAM
基本存储位结构 DRAM芯片特点 DRAM芯片管脚举例
计算机组成原理(考研期末)知识点总结
计算机组成原理（考研期末）知识点总结(一)存储系统1.存储器的基本概念●分类●作用（层次）：CACHE 主存辅存●存储介质：磁半导体光●存取方式●随机存取：RAM ROM●串行访问●顺序存取：磁带●直接存取：磁盘●信息可保存性－－易失性破坏性读出非●性能指标●存储容量字●单位成本每位成本●存储速度（数据传输率主存带宽）●层次化结构●Cache－主存层次：硬件实现，解决速度不匹配问题●主存－辅存层次：硬件+操作系统实现，解决容量问题，逐渐形成虚拟存储系统2.半导体存储器●存储器芯片的基本结构●译码驱动电路(译码器：扩充容量)●存储矩阵●读写电路●地址线，数据线，片选线，读写控制线●半导体存储器RAM（易失性存储器）●SRAM：触发器存储信息，速度快成本高集成度低，用于高速缓存●DRAM：电容存储信息，需要刷新，速度慢成本低，集成度高，用于主存SDRAM●DRAM的刷新：集中刷新，分散刷新，●异步刷新●不需要CPU控制●行为单位，仅需要行地址●存储器中所有芯片同时刷新●RAM的读写周期●ROM（非易失性存储器）●特点：结构简单，位密度比RAM高，非易失性，可靠性高●类型：MROM，PROM，EPPROM，FLASH MEMORY，SSD3.存储器与CPU的协同工作（提高存储系统的工作速度）●主存与CPU的连接●字扩展●位扩展●线选法●译码片选法●译码器的使用●分析地址空间●字位同时扩展●选择存储器芯片●与CPU进行连接●双口RAM和多模块存储器●多模块存储器●单体多字●多体并行●低位交叉编址●高位交叉编址●双端口RAM●高速缓冲存储器●CACHE局部性原理和性能分析●局部性原理●空间局部性●时间局部性●性能分析●命中率和失效率●CACHE----主存体系的平均访问时间●CACHE工作原理●地址映射方式●全相联●直接相联●组相联●替换算法●RAND随机●FIFO先入先出●LRU最近最少使用●LFU最不经常使用●写策略●命中●全写法●写回法●不命中●写分配法●非写分配法●虚拟存储器（主存和辅存共同构成）（增加存储系统的容量）●基本概念：虚地址（逻辑地址）映射到实地址（物理地址）●解决问题：进程并发问题和内存不够用问题●类型●页式●段式●段页式●虚实地址转换（提高速度）●快表TLB●慢表Page(二)指令系统1.指令格式●操作码和地址码组成一条指令●操作码●定长操作码和扩展操作码●操作码类型2.指令寻址方式●指令寻址（通过PC）●顺序寻址●跳跃寻址●数据寻址●隐含寻址●立即寻址：给寄存器赋初值●直接寻址●间接寻址：扩大寻址范围，便于编制程序●寄存器寻址：指令执行速度更快●寄存器间接寻址●偏移寻址（各寄存器内容+形式地址）：基址寻址，变址寻址（处理数组，编制循环程序），相对寻址●堆栈寻址3.CISC和RISC●CISC复杂指令系统计算机（用微程序控制器）●更多更复杂，一般为微程序控制，用于计算机系统●RISC精简指令系统计算机（用硬布线控制器）●指令数目少，字长固定，寻址方式少，寄存器数量多，一般为组合逻辑控制，用于手机(三)中央处理器1.CPU的功能和基本结构●CPU的功能：指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，中断处理●运算器●功能：对数据进行加工●基本结构：●算术逻辑单元ALU●暂存寄存器●通用寄存器组●累加寄存器ACC●程序状态字寄存器PSW●移位器，计数器●控制器●功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的基本结构●程序计数器PC●指令寄存器IR●指令译码器，时序系统，微操作信号发生器●存储器地址寄存器MAR●存储器数据寄存器MDR●数据通路的基本结构●专用通路●内部总线2.指令执行过程●指令周期●构成：机器周期、CPU周期——CPU时钟周期、节拍●类型：取指周期，间址周期，执行周期，中短周期●标志触发器FE,IND,EX,INT：区别工作周期●数据流●取指周期：根据PC取出指令代码存放在IR●间址周期：根据IR中指令地址码取出操作数的有效地址●执行周期：根据指令字的操作码和操作数进行相应操作●中断周期：保存断点，送中断向量，处理中断请求●执行方案●单指令周期：串行，指令相同执行时间●多指令周期：串行，指令不同执行时间●流水线方案：隔一段时间启动一条指令，多条指令处于不同阶段，同事并行处理3.数据通路的功能和基本结构（连接路径）●CPU内部总线●单总线●多总线●专用数据通路：多路选择器和三态门●了解各阶段微操作序列和控制信号4.控制器的功能和工作原理●控制器的结构和功能●计算机硬件系统连接关系●控制器的功能：取指令，分析指令，执行指令●控制器的输入和输出●硬布线控制器●硬布线控制单元图：组合逻辑电路+触发器●设计步骤（了解）●分析每个阶段的微操作序列●选择CPU的控制方式●安排微操作序列●电路设计●微程序控制器●基本结构●微地址形成部件●微地址寄存器CMAR●控制存储器CM●微指令寄存器CMDR●微指令的格式●水平型：并行操作●字段直接编码方式●直接编码方式●字段间接编码方式●垂直型：类似机器指令●微指令的地址形成方式●下地址字段指出：断定方式●根据机器指令的操作码形成●基本概念●微命令和微操作●微指令和微周期●主存储器和控制存储器●程序和微程序●寄存器：MAR和CMAR，IR和CMDR●硬布线和微程序的比较（微操作控制信号的实现形式）5.指令流水线●指令流水线的概念●指令执行过程划分为不同阶段，占用不同的资源，就能使多条指令同时执行●表示方法●指令流程图：分析影响流水线的因素●时空图：分析性能●性能指标●吞吐率TP●加速比S●效率E●影响流水线的因素●结构相关（资源冲突）●数据相关（数据冲突）●控制相关（控制冲突）●流水线的分类●按使用级别：部件功能级，处理机级，处理机间●按完成功能：单功能，多功能●按连接方式：动态，静态●按有无反馈信号：线性，非线性●多发技术●超标量流水线技术●超流水线技术●超长指令字技术(四)总线1.总线概念和分类●定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路●分类●按数据传输格式●串行，并行●按功能●片内总线●系统总线●数据总线，地址总线，控制总线●通信总线●按时序控制方式●同步，异步●总线结构●单总线结构——系统总线●双总线结构（通道）●主存总线●IO总线●三总线结构●主存总线●IO总线●DMA总线2.总线的性能指标●总线传输周期（总线周期）●总线带宽●总线宽度（位宽）●总线复用：一种信号线传输不同信息3.总线仲裁●集中仲裁方式●链式查询方式●计数器定时查询方式●独立请求方式●分布仲裁方式4.总线操作和定时●总线传输的四个阶段●申请分配阶段●传输请求●总线仲裁●寻址阶段●传输阶段●结束阶段●定时●同步定时方式（同步通信）●异步定时方式（异步通信）●不互锁●半互锁●全互锁●半同步通信●分离式通信5.总线标准(五)IO系统1.IO系统基本概念●演变过程●早期：分散连接，CUP与IO串行，程序查询方式●接口模块和DMA阶段：总线连接，cpu与io并行，中断方式及DMA方式●具有IO通信结构的阶段●具有IO处理机的阶段●IO系统的基本组成●IO软件——IO指令和通道指令●IO硬件——外设，设备控制器和接口，IO总线等●IO方式简介●程序查询方式：IO与CPU串行，CPU有“踏步等待”现象（由程序控制）●程序中断方式：IO准备数据时CPU继续工作，在指令执行结束时响应中断（由程序控制）●DMA方式：主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，在存取周期结束时响应DMA请求（由硬件控制）●通道方式：通过IO指令启动通道，通道程序放在主存中（由硬件控制）2.外部设备●输入设备——键盘，鼠标●输出设备●显示器●分类●阴极射线管（CRT）●液晶（LCD）●发光二极管（LED）●参数●屏幕大小，分辨率，灰度级，刷新频率●显示存储器（VRAM）●容量=分辨率*灰度级位数●带宽=容量*帧频●打印机●外存储器●磁盘存储器●组成●存储区域：磁头，柱面，扇区●硬盘存储器：磁盘驱动器，磁盘控制器，盘片●工作过程：寻址，读盘，写盘对应的控制字，串行读写●性能指标●容量●记录密度●平均存取时间●数据传输率●磁盘阵列RAID——利用磁盘廉价的特点提高存储性能，可靠性和安全性●光盘存储器●固态硬盘SSD——采用FLASH Memory记录数据3.IO接口●主要功能●设备选址功能：地址译码和设备选择●传送命令●传送数据：实现数据缓冲和格式转换●反应IO设备的工作状态●基本结构●设备选择电路，命令寄存器和命令译码器，数据缓冲寄存器DBR，设备状态标记，控制逻辑电路●内部接口和外部接口●编址●统一编址——与存储器共用地址，用访存命令访问IO设备●独立编址：单独使用一套地址，有专门的IO指令●分类●数据传送方式：并行接口，串行接口●主机访问IO设备的控制方式●程序查询接口●中断接口●DMA接口●功能选择的灵活性●可编程接口●不可编程接口4.IO方式●程序查询方式：CPU与IO串行工作，鼠标，键盘●程序中断方式●中断系统●中断的基本概念●工作流程●中断请求●分类●中断请求标记触发器INTR●中断响应●中断响应的条件●中断判优●软件：查询程序●硬件：排队器●优先级的设置●中断处理●中断隐指令●关中断●保存断点PC●引出中断服务程序●中断服务程序●单重中断与多重中断●中断服务程序的具体步骤●中断屏蔽技术●屏蔽字●程序执行轨迹●程序中断方式●工作流程●CPU占用情况●中断响应（隐指令）●中断服务程序●DMA方式●DMA控制器●组成●主存地址计数器：存放要交换数据的主存地址●传送长度计数器：记录传送数据的长度●数据缓冲寄存器：暂存每次传送的数据●DMA请求触发器：设备准备好数据后将其置位●控制/状态逻辑：由控制和时序电路及状态标志组成●中断机构：数据传送完毕后触发中断机构，提出中断请求●主要功能●传送前：接受外设的DMA请求，向CPU发出总线请求，接管总线控制权●传送时：管理总线，控制数据传送，确定主存单元地址及长度，能自动修改对应参数●传送后: 向CPU报告DMA操作的结束●传送过程●预处理：CPU完成寄存器初值设置等准备工作●数据传送：CPU继续执行主程序，DMA控制器完成数据传送●后处理：CPU执行中断服务程序做DMA结束处理。
计算机组成原理第四章
64KB
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
1K×4 1K×4
4KB
需12位地址
寻址： A11～A0
低位地址分配给芯片，高位地址形成片选逻辑。 芯片 芯片地址 片选信号 片选逻辑
1K
A9～A0
CS0
1K
A9～A0
CS1
1K
A9～A0
CS2
1K
A9～A0
CS3
A11A10 A11A10
第４章 存 储 器
4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器
4.1 概 述
一、存储器分类
1. 按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL 、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器
磁头、载磁体
非 硬磁材料、环状元件 易
失
激光、磁光材料
2. 按存取方式分类
字扩展方式
A15
3/8
译
A14 A13
码 器
A12
A0 C P WE
U D7
111
000
001
010
011
100 101 110 CS CS
8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8 8K x 8
D0
（3）字位扩展：既增加字数，又增加字长
给出芯片地址分配与片选逻辑,并画出M框图。
1.计算芯片数
（1）先扩展位数，再扩展字（单元）数。
2片1K×4 4组1K×8
1K×8 8片 4K×8
（2）先扩展字数，再扩展位数。
4片1K×4 2组4K×4
半导体存储器
半导体存储器
半导体存储器(semi-conductor memory)
是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。
按其功能可分为：随机存取存储器（简称RAM）和只读存储器（只读ROM）RAM包括DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器），当关机或断电时，其中的信息都会随之丢失。
DRAM主要用于主存（内存的主体部分），SRAM主要用于高速缓存存储器。
ROM 主要用于BIOS存储器。
按其制造工艺可分为：双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。
按其存储原理可分为：静态和动态两种。
其优点是：体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。
主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。
半导体存储器的技术指标主要有：
1. 存储容量：存储单元个数M×每单元位数N
2. 存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间
3. 存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间
4. 平均故障间隔时间MTBF（可靠性）
5. 功耗：动态功耗、静态功耗。
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第六章 半导体存储器—概述
半导体存储器分类：
随机读写 存储器RAM 半导体 存储器 只读存储器 ROM 双极型
静态RAM
MOS型 动态RAM
不可编程掩膜 存储器 MROM
可编程存储器 PROM
可擦除、可再 编程存储器
紫外线擦除的 EPROM 电擦除的 E2 PROM
内存储器：把通过系统总线直接与CPU相连的存储器 称为内存储器，简称内存。 特点：具有一定容量、存取速度快。 作用：计算机要执行的程序和要处理的数据等都必须 事先调入内存后方可被CPU读取并执行。
第六章 半导体存储器—概述
存储器：内存储器和外存储器
外存储器：把通过接口电路与系统相连的存储器称为 外存储器，简称外存，如硬盘、U盘和光盘等。 特点：存储容量大而存取速度较慢，掉电数据不丢失。 作用：外存用来存放当前暂不被 CPU 处理的程序或数 据，以及一些需要永久性保存的信息。
半导体存储器的分类
第六章 半导体存储器—概述
半导体存储器的主要技术指标：
1．存储容量
(1) 用字数 位数表示。如 1K4位，表示该芯片有1K个单元(1K=1024) ， 每个存储单元的长度为4位。 (2) 用字节数表示，如128B，表示该芯片有 128个单元，每个存储单
元的长度为8位。
2．存取时间 5．可靠性 3．存储周期 6．集成度 4．功耗 7．性能/价格比
A0 A1 A2 A3
地 址 译 码 器
WR CS
控制 电路
…
数据缓冲器 I/O0～I/O3
单译码方式
第六章 半导体存储器—概述
半导体存储器芯片的基本结构：
地址译码方式：
单译码方式 双译码方式
A0 A1 A2 A3 A4 X0 X 向 译 码 器 X1 X2 … X31 32×32＝1024 存储矩阵 1024×1 三 态 双 向 缓 冲 器
第六章 半导体存储器—概述
半导体存储器芯片的基本结构：
A0 A1
… 地 址 译 码 器 存储矩阵 三 缓 态 冲 数 器 据
D0 D1
… DN
…
An
控制逻辑
R/W CS
半导体存储器组成框图
…
第六章 半导体存储器—概述
半导体存储器芯片的基本结构：
地址译码方式：
单译码方式 双译码方式
选择线
存储体 0 1 2 3 … 15 4位
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 GND 1 24 2 23 3 22 4 Intel 21 5 2716 20 6 19 7 18 8 17 9 16 10 石英窗口 15 11 14 12 13 V CC A8 A9 V PP CS A 10 PD/PGM O7 O6 O5 O4 O3 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A 10
I/O(1位)
Y0 Y1
… Y 31
Y向译码器
控制电路
A5 A6 A7 A8 A9
WR RD CS
双译码方式
第六章 半导体存储器
本节主要内容
1
2 3
存储器概述 随机读写存储器（ RAM ） 只读存储器（ ROM ）
第六章 半导体存储器—随机读写存储器（RAM）
静态RAM
Intel 2114 SRAM 芯片 的容量为1K4位，18脚封装，+5V电源。
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 17 16 15 14 13 12 11 10 V CC A7 A8 A9 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 WE A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 I/O1 Intel 2114 I/O2 I/O3 I/O4
A0 RAS DOUT CAS WE
Intel 2164A引脚与逻辑符号
第六章 半导体存储器
本节主要内容
1
2 3
存储器概述 随机读写存储器（ RAM ） 只读存储器（ ROM ）
第六章 半导体存储器—只读存储器（ROM）
掩膜式只读存储器(MROM)
V C C A 0 地 址 译 码 器 A 1 单元 0 单元 1 单元 2 单元 3
D 3
D 2
D 1
D 0
掩膜式ROM示意图
第六章 半导体存储器—只读存储器（ROM）
可编程只读存储器(PROM)
VCC
字线
位线D i
PROM存储电路示意图
第六章 半导体存储器—只读存储器（ROM）
可擦除可再编程只读存储器：EPROM和E2PROM
Intel 2716 EPROM 芯片 ，容量为2K8位。
CS
Intel 2716
O0 O1 O2 2716的引脚及逻辑符号
第六章 半导体存储器—只读存储器（ROM）
可擦除可再编程只读存储器：EPROM和E2PROM
Intel 2816 E2PROM 芯片 ，容量为2K8位。
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 V CC A8 A9 WE OE A 10 CE I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 A 10～ A 0 OE I/O7～ I/O0 CE WE 地址引脚 输出允许 数据输入/输出 片选信号 写允许
微机原理与接口技术
西安邮电大学计算机学院 王 莹
第六章 半导体存储器
本章主要内容
1
2 3
存储器概述 随机读写存储器及只读存储器 存储器芯片的扩展及连接
第六章 半导体存储器
本节主要内容
1
2 3
存储器概述 随机读写存储器（RAM） 只读存储器（ ROM ）
第六章 半导体存储器—概述
存储器：内存储器和外存储器
Intel 2114
WE
CS
Intel 2114引脚及逻辑符号
第六章 半导体存储器—随机读写存储器（RAM）
动态RAM
Intel 2164A 芯片的存储容量为64K1位，每个单元只有一位数据。
NC DIN WE RAS A0 A2 A1 V DD 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 V SS CAS DOUT A6 A3 A4 A5 A7 A7 … DIN A7～A0 地址输入 CAS 列地址选通 RAS 行地址选通 写允许 WE V DD ＋5 V SS 地