组成原理第5章-1.ppt

第五章 存储体系 5.1 存储体系概述 一、存储器分类 1、计算机系统中存储器的分类 按存储介质分类 按存取方式分类 随机存储器、顺序存储器、相联存储器。 按存储器的读写功能分类 只读存储器（ROM）、随机读写存储器（RAM）。 按信息的可保存性分类 永久记忆的存储器、非永久记忆的存储器 按在计算机系统中的作用分类 分为寄存器、主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器Cache等 2、主存储器的分类 主存的地位 主存的分类 随机读写存储器（random access memory, 即RAM） 掩膜式只读存储器（ Mask read-only memory, 即MROM） 可编程只读存储器(programmable ROM,即 PROM) 可擦除可编程序的只读存储器(erasable PROM, 即EPROM) 可用电擦除的可编程序的只读存储器(electrically EPROM, 即E2PROM) 闪存(Flash memory) 二、主存储器性能指标 主要有三个：存储容量、速度和价格 1、存储容量 K（210）、M（220）、G（230）、T（ 240 ） 存储器的容量：存储器的地址线是n根，数据线m根，则该存储器的容量是2n×m位 2、存储器的速度 存取时间TA：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。它取决于存储介质和访问机构。例如，存储器接到读命令信号到其数据输出端有信号输出为止的时间就是TA。 存储周期TC：连续两次访问存储器所需的最小时间间隔。 存储器带宽：是单位时间里存储器所存取的信息量，存储器带宽的计量单位通常是位/秒或字节/秒。 3、存储器的价格 位价 4、存储容量、速度和价格的关系 三、存储器的层次结构 5.2 主存储器 CPU与主存的关系图 一、随机读写存储器 1、静态存储器（SRAM） 存储位元 随机读写存储器示意图 MOS静态存储器六管结构的存储位元图 SRAM存储器的组成 地址译码方式有两种：线性译码方式和双向译码方式 线性译码方式 双向译码方式 SRAM的读/写过程 SRAM的读过程 SRAM的写过程 SRAM实例 2、动态存储器（DRAM） 存储位元 电容C上有电荷，则存储位元存储的信息是“1”；反之，存储位元存储的信息是“0”。 “再生”。 “刷新” 为了节省芯片面积，DRAM都用小电容来存储数据，电容存在着漏电阻，因此电容中的电荷很快就会通过漏电阻放电而中和，为了长时间保存信息，就必须定时补充电荷 MOS动态存储器单管结构的存储位元 DRAM存储器的组成 4M×4位的DRAM DRAM的读/写过程 典型的DRAM的读/写时序 DRAM实例 2116存储器芯片逻辑结构图 DRAM的刷新 从上一次刷新结束到下一次对整个DRAM全部刷新一遍为止，这一段时间间隔称为刷新周期。 简单的刷新操作是，当刷新所有存储位元时，DRAM芯片并不进行实际的读写操作，刷新计数器产生行地址，刷新计数器的值被当作行地址输出到行译码器，并且激活RAS#线，从而使得相应行的所有位元被刷新。 另一种刷新操作是利用CAS#信号比RAS#信号提前动作来实现刷新。这是因为在DRAM器件内部具有刷新地址计数器，每个刷新周期这个地址计数器自动加1，故不需要外加的刷新地址计数器。目前256K位以上的DRAM片子通常都用这种方式刷新。 通常， DRAM允许的单元刷新间隔时间是2ms，其刷新电路的工作方式一般有三种：集中式刷新、分散式刷新和异步式刷新。 （1）集中式刷新 （2）分散式刷新 （3）异步式刷新 异步刷新采取折中的办法，在2ms内分散地把各行刷新一遍。这样就避免了分散式刷新中不必要的多次刷新，提高了整机速度。同时又解决了集中式刷新中“死区”时间过长的问题。还是对于64K×1位DRAM芯片，存储电路由4个独立的128×128的存储矩阵组成。单元刷新间隔是2ms，存储器存储周期是500ns，则刷新信号的周期为2ms/128=15.625μs。让刷新电路每隔15μs产生一个刷新信号，刷新一行存储单元的内容。 二、只读存储器 掩膜式只读存储器（MROM） 可编程只读存储器(PROM) 可擦除可编程序的只读存储器（EPROM） 可用电擦除可编程序的只读存储器（E2PROM） 闪存（Flash Memory） ROM的基本结构 几种非易失性存储器的比较 三、高性能的主存储器 EDRAM，即增强型DRAM CDRAM，带Cache的DRAM EDO RAM (Extended Data Out RAM)。也称“扩展数据输出RAM” SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)，也称“同步DRA