DJ16第4章(1)-存儲(chǔ)器概述及半導(dǎo)體芯片(精)

1、第四章存儲(chǔ)器子系統(tǒng)本章主要內(nèi)容：(1)存儲(chǔ)器的一些基本概念(2)存儲(chǔ)器如何存儲(chǔ)信息？(3)用存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一定容量的存儲(chǔ)器?(4)外部存儲(chǔ)器的工作原理4.1概述4.1.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)：三級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu) 高速緩存(Cache)-主存一外存層次 Cache:容量小、速度高主存：容量較大、速度較高外存：容量大、速度4按存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用分類1-主存（內(nèi)存）主存是能由CPU直接編程訪問(wèn)的存儲(chǔ)器, 主要存放CPU當(dāng)前使用的程序和數(shù)據(jù)。2輔存（外存）存放大量的后備程序和數(shù)據(jù)。r速度較慢容量大3.高速緩存程序需舉霜在當(dāng)前一小段時(shí)間內(nèi)多次使用的速度很快 容量小CPU訪問(wèn)高速緩存(Cache)和主

2、存的工作原理不命中4.1.2物理存儲(chǔ)器與虛擬存儲(chǔ)器物理存儲(chǔ)器：、真正在物理上存在的主存儲(chǔ)器，稱為物理存儲(chǔ)器, 或簡(jiǎn)稱另實(shí)看。訪問(wèn)主看的真實(shí)地址稱為物理地址或 實(shí)地址。虛擬存儲(chǔ)器：虛擬存儲(chǔ)器是指具有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對(duì)內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)器系現(xiàn)。 依靠操作系統(tǒng)的支持來(lái)實(shí)現(xiàn)， 使用虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)可 使計(jì)算機(jī)內(nèi)存看起來(lái)比實(shí)際內(nèi)存大，在軟件編程上商 使用的存儲(chǔ)器。它的存儲(chǔ)容量即虛擬存儲(chǔ)空間，面向 虛擬存儲(chǔ)器的編程地址稱為虛擬地址或邏輯地址。4丄3存儲(chǔ)器的分類1.按存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)信息的機(jī)理)分類(1)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器:利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲(chǔ)信息 有源器件集成度低速度快功耗較大非

3、破壞性讀出信息易失主要作高速緩存和小容量主存。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器:用電容存儲(chǔ)的電荷存儲(chǔ)信息 速度低需要刷新集成度高功耗小 適合于作為大容量主奩。(2)磁表面存儲(chǔ)器利用磁層上不同方向的磁化區(qū)域表示信息。容量大非破壞性讀出速度慢長(zhǎng)期保存信息適合于作外部存儲(chǔ)器。(3)光盤存儲(chǔ)器利用激光對(duì)光盤表面的記錄模進(jìn)行照射后是否 出現(xiàn)融坑表示信息。容量很大非破壞性讀出速度慢長(zhǎng)期保存信息適合于作外部存儲(chǔ)器。2.按存取方式分類(1)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)隨機(jī)存?。嚎砂吹刂吩L問(wèn)存儲(chǔ)器中的任一單元， 訪問(wèn)時(shí)間與單元地址無(wú)關(guān)。可執(zhí)行操作：可讀/可寫只讀存儲(chǔ)器(ROM)固存:用戶不能編程PROM:用戶可一次編程只讀不寫EPROM

4、:用戶可多次編程 (紫外線擦除)IEEPROM：用戶可多次編程(電擦除)(3)順序存取存儲(chǔ)器(SAM)訪問(wèn)時(shí)讀/寫部件按順序査找目標(biāo)地址，訪問(wèn)時(shí)間 與數(shù)據(jù)位置有關(guān)。如：磁帶機(jī)一與磁帶錄音機(jī)工作原理類似，但 存儲(chǔ)信息為數(shù)字信息，而非模擬信息。#等待操作兩步操作讀/寫操作漁直護(hù)*J平均等待時(shí)間(ms)速度指標(biāo)(數(shù)據(jù)傳輸率(字節(jié)/秒)（4）直接存取存儲(chǔ)器（DAM）訪問(wèn)時(shí)，讀/寫部件先直接指向一個(gè)小區(qū)域，再 在該區(qū)域內(nèi)順序査找。訪問(wèn)時(shí)間與數(shù)據(jù)位置有 關(guān)。如：磁盤、光盤等，操作過(guò)程是：定位（尋道）操作三步操作 等待（旋轉(zhuǎn)）操作I讀/寫操作平均定位（平均尋道）時(shí)間（ms）速度指標(biāo)平均等待（平均旋轉(zhuǎn)）時(shí)間（

5、ms）I數(shù)據(jù)傳輸率（位/秒）4.1.4存儲(chǔ)器系統(tǒng)的關(guān)鍵特性1存取時(shí)間從存儲(chǔ)器收到地址到數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或者讀 出的數(shù)據(jù)可用為止所需要的時(shí)間。存取時(shí)間一用TA表示（一般為ns級(jí)）2存取周期存取周期的定義：連續(xù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，兩次訪問(wèn)之間的間隔時(shí)間 如下圖所示：存取周期3數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率是數(shù)據(jù)傳入或傳出存儲(chǔ)器的速率。 分為隨機(jī)存儲(chǔ)器和非隨機(jī)存儲(chǔ)器的兩種情況。4.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息原理：靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM（雙極型/靜態(tài)MOS型）依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)制存儲(chǔ)信息。速度快，功耗較尢適合于作Cacheo動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM（動(dòng)態(tài)MOS型）依靠電容存儲(chǔ)電荷的原理存儲(chǔ)信息。 功耗較小，容量大，速度較

6、快，適合于作主存。存取時(shí)間存取間隔用于讀出后的信息恢復(fù)或者控制線路恢復(fù)穩(wěn)定較靜態(tài)存儲(chǔ)器慢，比外存快4.2.1靜態(tài)MOS存儲(chǔ)單元與存儲(chǔ)芯片1、六管靜態(tài)單元(1)組成 觸發(fā)器Tl、T3: MOS反相器T2、T4: MOS反相器T5、T6:控制門管Z:字線，選擇存儲(chǔ)單元w W:位線，完成讀/寫操作Vcc字線Z:加高電平,T5、T6導(dǎo)通，選中該單元。寫入：在麗、W上分別加高、低電平，寫1在麗、W上分別加低、高電平，寫0讀出：先將W、W充電至高電平，再根據(jù)W、麗上 有無(wú)放電電流，讀1或0。原信息為“1”，即T1截 止，T2導(dǎo)通，則W通過(guò)T6和T2對(duì)地放電，使W上有 電流，經(jīng)放大為信 境信息為“0”， 即

7、T1導(dǎo) 通，T2截止;W通過(guò)T5和T1對(duì)地放電，便W上有 電流，經(jīng)放大為“0”信 號(hào)。保持Z:加低電平，T5、T6截止,該單元未選中，保持 原狀態(tài)。只要電源正常，保證向?qū)ü芴峁╇娏?，便能維 持一管導(dǎo)通，另一管截止的狀態(tài)不變。所以稱為：靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)單元是非破壞性讀出，讀出后不需重寫。Vcc2.存儲(chǔ)芯片例.SRAM芯片2114（1KX4位）Vcc A7 A8 A9 DO Dl D2 D3 WEI I I I I I I I IA6 A5 A4 A3 AO Al A2 CS GND地址端:A9AO（輸入） 數(shù)據(jù)端:D3DO（輸入/輸出） 電源、地片膽“二0選中芯片片選CS仁1未選中芯片寫使能W

8、E仁1讀（2）內(nèi)部尋址邏輯尋址空間1K,存儲(chǔ)芯片共1KX4個(gè)位單元，被分 成4個(gè)位平面（按矩陣排列），每個(gè)平面iKxl位。如下圖所示：（1）外2114(1K109控制YO Y15每面矩陣排成64行xl6列。DoI64x161K行譯碼4位列地址讀寫過(guò)程控制：W W W W據(jù)入沖數(shù)輸甕Yi|讀/寫線路DODID2D3WE控制電路4.2.2動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元與存儲(chǔ)芯片1.單管單元 組成C:記憶單元T:控制門管“0” : C無(wú)電荷;“1”：C有電荷。工作寫入：Z加高電平，T導(dǎo)通，W上加高/低電平，寫1/0讀出：先對(duì)位線w預(yù)充電，使其分布電容c充電至vm,然 后對(duì)字線Z加高電平,T導(dǎo)通，據(jù)W線電位變化，

9、讀出1/0(4)保持字線Z:加低電平，T截止，該單V元未選中，保持原狀態(tài)。單管單元是破壞性讀出，讀出 廠 后需重寫。ic(2)信息的存儲(chǔ)TTZ:字線W:位線TT2.2.存儲(chǔ)芯片例.DRAM芯片2164 （64Kxl檢）外特性:地址線：A?A（輸入）分時(shí)復(fù)用，提供16位地址。電源、地引腳1未使用，或在新型號(hào)中用于片內(nèi)自動(dòng)刷新?？刂贫耍簩懯鼓躓E=5=1讀高8位地址 片選J行地址選通皿時(shí)，A7AO為行地址i列地址選通CAS=O0t, A7A0為歹嚴(yán)址 低8位地址附:半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的一般結(jié)構(gòu)除存儲(chǔ)單元本身， 存儲(chǔ)芯片還包括地址譯碼器、I/O電路、片選控制和輸出驅(qū)動(dòng)電路等。(1)地址譯碼器L_AU/.4-EJ 44-U數(shù)據(jù)端:f Di（輸入）IDo（輸出）GN空閑Di WE RASA0A2Aj Vcc/刷新地址譯碼器對(duì)n條地址線譯碼，以選擇2*個(gè)存 儲(chǔ)單元中的一個(gè)。根據(jù)輸入地址來(lái)選擇存儲(chǔ) 單元，通常采用行/列雙譯碼方式；(2) I/O電路I/O電路在數(shù)據(jù)總線與被選中的單元之間，控 制被選中單元讀出或?qū)懭?，并具有?qū)動(dòng)作用。(3)片選控制電路片選控制電路用于控制存儲(chǔ)芯片是否被選中。 一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)一般由一定數(shù)量的存儲(chǔ)芯片組 成。在地址選擇時(shí)，首先要選片，用地址譯碼器 輸出和一些控制信