計算機組成原理8-存儲器-1課件

存儲系統(tǒng)需解決的主要問題：（1）存儲器如何存儲信息？（2）在實際應用中如何用存儲芯片組成具有一定容量的存儲器？單位通常意義2的冪K(kilo)103210M(mega)106220G(giga)109230T(tera)1012240存儲容量

Sm=W.L（位或字節(jié)）

Sm是存儲器容量，W是字數(shù)，L是位數(shù)若一個塊中有k個字，則傳送這一塊數(shù)據(jù)的時間是：T=T1+k*Bm存儲器的分類1.按存儲器在系統(tǒng)中的作用分類（1）主存（內(nèi)存）主要存放CPU當前使用的程序和數(shù)據(jù)。速度快容量有限（2）輔存（外存）存放大量的后備程序和數(shù)據(jù)。速度較慢容量大（3）高速緩存存放CPU在當前一小段時間內(nèi)多次使用的程序和數(shù)據(jù)。速度很快容量小2.按存儲介質(zhì)分類（1）半導體存儲器利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息速度快，信息易失非破壞性讀出和破壞性讀出（只讀存儲器除外）。作主存、高速緩存。3.按存取方式分類隨機存?。嚎砂吹刂吩L問存儲器中的任一單元，（1）隨機存取存儲器訪問時間與單元地址無關。RAM存取周期或讀/寫周期固存：（ns）：可讀可寫ROM：只讀不寫PROM：用戶不能編程用戶可一次編程EPROM：用戶可多次編程（紫外線擦除）EEPROM：用戶可多次編程（電擦除）速度指標：總線周期時鐘周期的若干倍作主存、高速緩存。（2）順序存取存儲器（SAM）訪問時讀/寫部件按順序查找目標地址，訪問時間與數(shù)據(jù)位置有關。（磁帶）主存儲器的組成DBMDR存儲陣列讀/寫放大電路

寫驅動電路譯碼器MARRDWRABn02n-1主存儲器的組成AB地址總線DB數(shù)據(jù)總線RD/WR讀寫控制線低電平有效MAR內(nèi)存地址寄存器MDR內(nèi)存數(shù)據(jù)寄存器又叫MBR譯碼器：將具有一定含義的二進制碼辨別出來，并轉換成控制信號。半導體存儲器工藝雙極型MOS型TTL型ECL型速度很快、功耗大、容量小電路結構PMOSNMOSCMOS功耗小、容量大工作方式靜態(tài)MOS動態(tài)MOS1、TTL存儲元transistor-transistorlogicWVccW雙極型存儲器的存儲元電路讀放AD1D2BT1T2ZTTL原理：用兩個雙射極晶體管交叉反饋，構成雙穩(wěn)態(tài)電路。圖中，T1，T2交叉反饋，構成雙穩(wěn)態(tài)電路，發(fā)射極接字線Z，如果字線Z為低電平，可讀/寫，如果字線Z為高電平，則數(shù)據(jù)保持。W和W是位線，數(shù)據(jù)通過W和W讀出或寫入。定義：當T1通導而T2截止時，存儲信息為0，當T2通導而T1截止時，存儲信息為1。缺點：管子多，功耗大，集成度低優(yōu)點：速度快,非破壞性讀出TTL芯片舉例12345678161514131211109VccA1A2A3DI4DO4DI3DO3A0SWDI1DO1DI2DO2GNDSN7418916x4一個位平面的譯碼結構I/O1I/O2I/O3I/O4X0X1X2X3W0W0W1W1W2W2W3W3Y0Y1Y2Y3電路結構圖ABCWVccWT3T4T5ABT6T1T2ZMOS管說明：當C為高時，A和B電壓相同。當C為低時，A和B電壓無關六管靜態(tài)MOS存儲元等效電路NMOS原理：T1與T3、T2與T4，分別是MOS反相器T3，T4是負載管，這兩個反相器交叉反饋，構成一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。T5，T6是控制門管，由字線控制它們的通斷。當字線Z為高電平，T5，T6導通，可讀/寫，如果字線Z為低電平，則T5，T6截止，數(shù)據(jù)保持。定義：當T1通導而T2截止時，存儲信息為0，當T2通導而T1截止時，存儲信息為1。優(yōu)點：功耗低缺點：速度稍慢,非破壞性讀出六管靜態(tài)MOS存儲元六管靜態(tài)MOS存儲器六管改為四管，集成度提高。芯片舉例

Intel21141Kx4,18腳123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WEA6A5A4A3A0A1A2CSGND21141Kx4六管靜態(tài)MOS存儲器讀寫時序為了讓芯片正確工作，必須按時序提供正確的地址、控制、數(shù)據(jù)信號。1）讀周期地址信號：控制信號：CS數(shù)據(jù)信號：Dout六管靜態(tài)MOS存儲器2）寫周期地址信號：控制信號：CSWE數(shù)據(jù)信號：Dout

Din單管動態(tài)MOS存儲元讀寫過程1）寫入：字線Z加高電平，使V通導

“0”：W加低；“1”：W加高2）保持：字線Z加低電平，無放電回路，有泄漏電流，C的信息可保存幾毫秒，或保持無電荷狀態(tài)。3）讀出：對W充電至高電平（可隨放電降低），然后將字線Z加高電平動態(tài)存儲器芯片舉例Intel216412345678161514131211109GNDCASDoutA6A3A4A5A7NCDinWERASA0A2A1Vcc216464Kx164K需16位地址解決方案：8根地址線分時復用，行選RAS和列選CAS就代替了CS信號。存儲器的各芯片同時刷新，每個芯片內(nèi)是按行刷新，刷新一行的時間是一個刷新周期。集中刷新方式有“死”時間R/WR/WR/W刷新刷新2ms動態(tài)存儲器的刷新動態(tài)存儲器的刷新分散刷新方式刷新次數(shù)過多R/WR/W刷新刷新存取周期異步刷新方式克服前兩種的缺點R/WR/W刷新15.6usR/WR/W刷新15.6usR/WROM指一般情況下只能讀出、不能寫入的存儲器1、掩模型只讀存儲器（MROM）地址譯碼驅動器VccA1A9數(shù)據(jù)緩沖器D0D1…D7011023讀出放大器01…700…110…111…0011023A0半導體只讀存儲器半導體只讀存儲器上頁MROM結構圖的說明：1）MROM的存儲元可由二極管、雙極型晶體管或MOS管等構成，廠家生產(chǎn)時按用戶要求做好，用戶不能修改。2）上圖是采用MOS管的1024*8位的MROM，單譯碼，1024行，每行8位。譯碼器行選擇線選中為高電平，一行8管，如果某管導通，則對應位為0，否則為1。輸出為D0，D1…D7。3）特點：信息一次寫入后不能修改，靈活性差。信息固定不變，可靠性高。生產(chǎn)周期長，適合定型批量生產(chǎn)。半導體只讀存儲器2、可編程只讀存儲器（PROM）1）為克服MROM的缺點，設計了一種出廠時全0，用戶可修改1次的ROM。2）有兩種產(chǎn)品：結破壞型：行列交點處制作一對彼此反向的二極管，平時不通，為0；若加高電平，擊穿1只二極管，則寫1。熔絲型：行列交點處連接一段熔絲，連通為0，若加高電平熔斷，則寫1。3）以熔絲型為例：見下圖，單譯碼，4字*4位，每個字實際上是一個多發(fā)射極管，每個發(fā)射極通過熔絲與位線相連。半導體只讀存儲器可編程只讀存儲器（PROM）結構圖：行譯碼器A1A0讀寫讀寫讀寫讀寫D0D1D2D30123Vcc0110101101011010Ec半導體只讀存儲器4、電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）將EPROM改為用電來擦寫。而且一次不需全部擦除，可以只改寫某個單元。思考：可讀，可寫。能不能代替RAM?1。反復擦寫會擊穿浮空門附近的絕緣層。編程次數(shù)有限（10萬）2。寫操作時間是10us左右，擦除操作是10ms.和CPU速度不匹配。3、可擦除（紫外線）可編程只讀存儲器（EPROM）基本存儲器電路