第四章主存儲器

1、(2) 存儲速度存儲速度(1) 存儲容量存儲容量(3) 存儲器的帶寬存儲器的帶寬主存主存 存放二進制代碼的總數(shù)量存放二進制代碼的總數(shù)量 讀出時間讀出時間 寫入時間寫入時間 存儲器的存儲器的 訪問時間訪問時間 存取時間存取時間 存取周期存取周期 讀周期讀周期 寫周期寫周期 連續(xù)兩次獨立的存儲器操作連續(xù)兩次獨立的存儲器操作（讀或?qū)懀┧璧模ㄗx或?qū)懀┧璧?最小間隔時間最小間隔時間 位位/秒秒 2、主存和、主存和 CPU 的聯(lián)系的聯(lián)系MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫芯片容量芯片容量3、 半導體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)半導體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動動存存儲儲矩矩陣

2、陣讀讀寫寫電電路路1K 4位位16K 1位位8K 8位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）1041411384、存儲芯片片選線的作用、存儲芯片片選線的作用用用 16K 1位位 的存儲芯片組成的存儲芯片組成 64K 8位位 的存儲器的存儲器 32片片當?shù)刂窞楫數(shù)刂窞?65 535 時，此時，此 8 片的片選有效片的片選有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 1. 靜態(tài)靜態(tài) RAM (SRAM) (1) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路基本電路A 觸發(fā)器非端觸發(fā)器非端1T

3、4T觸發(fā)器觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)行開關(guān)7TT8、列開關(guān)列開關(guān)7TT8、一列共用一列共用A 觸發(fā)器原端觸發(fā)器原端T1 T4T5T6T7T8A A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇DOUT讀放讀放位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇T1 T4ACSDOUT地址有效地址有效地址失效地址失效片選失效片選失效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定高阻高阻(1)讀讀 時序時序 tAtCOtOHAtOTDtRC片選有效片選有效讀周期讀周期 t tRCRC 地址有效地址有效 下一次地址有效下一次地址有效讀時間讀時間 t tA A 地址有效地址有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定

4、 t tCOCO 片選有效片選有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定t tOTDOTD 片選失效片選失效輸出高阻輸出高阻t tOHAOHA 地址失效后的地址失效后的數(shù)據(jù)維持時間數(shù)據(jù)維持時間ACSWEDOUTDIN寫寫 時序時序 tWCtWtAWtDWtDHtWR寫周期寫周期 t tWCWC 地址有效地址有效下一次地址有下一次地址有效效寫時間寫時間 t tW W 寫命令寫命令 WEWE 的有效時間的有效時間t tAWAW 地址有效地址有效片選有效的滯后時間片選有效的滯后時間t tWRWR 片選失效片選失效下一次地址有效下一次地址有效t tDW DW 數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定 WE WE 失效失效t tDHDH WE WE

5、 失效后的數(shù)據(jù)維持時間失效后的數(shù)據(jù)維持時間 (2) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例 Intel 2114 外特性外特性存儲容量存儲容量1K1K4 4位位.I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSCCVGNDIntel 2114DD預(yù)充電信號預(yù)充電信號讀選擇線讀選擇線寫數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)線寫選擇線寫選擇線讀數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線VCgT4T3T2T11 (1) 動態(tài)動態(tài) RAM 基本單元電路基本單元電路 2. 動態(tài)動態(tài) RAM ( DRAM )讀出與原存信息相反讀出與原存信息相反讀出時數(shù)據(jù)線有電流讀出時數(shù)據(jù)線有電流 為為 “1”數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線CsT字線字線DDV0 10 11 0寫入與輸入信息相

6、同寫入與輸入信息相同寫入時寫入時CS充電充電 為為 “1” 放電放電 為為 “0”T3T2T1T無電流無電流有電流有電流（2） 單管動態(tài)單管動態(tài) RAM 4116 (16K 1 1位位) 外特性外特性時序與控制時序與控制 行時鐘行時鐘列時鐘列時鐘寫時鐘寫時鐘 WERASCAS緩存器緩存器行地址行地址緩存器緩存器列地址列地址 A6A0 I/O緩存器緩存器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動驅(qū)動數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入寄存器寄存器 DINDOUTDINDOUTA6A0讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器06364127128 根行線根行線CS01271128列列選選擇擇讀讀/寫線寫線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸

7、入I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動DOUTDINCS（3） 4116 (16K 1位位) 芯片芯片 讀讀 原理原理讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器630 0 0I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動OUTD讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器06364127128 根行線根行線CS01271128列列選選擇擇讀讀/寫線寫線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動DOUTDINCS 4116 (16K 1位位) 芯片芯片 寫寫 原理原理數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖I/O緩沖緩沖DIN讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器630 (4) 動態(tài)動態(tài)

8、 RAM 時序時序 行、列地址分開傳送行、列地址分開傳送寫時序?qū)憰r序行地址行地址 RAS 有效有效寫允許寫允許 WE 有效有效(高高)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) DOUT OUT 有效有效數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) DIN IN 有效有效讀時序讀時序行地址行地址 RAS 有效有效寫允許寫允許 WE 有效有效(低低)列地址列地址 CAS 有效有效列地址列地址 CAS 有效有效 (5） 動態(tài)動態(tài) RAM 刷新刷新 刷新與行地址有關(guān)刷新與行地址有關(guān) 集中刷新集中刷新 （存取周期為存取周期為0.5s）“死時間率死時間率” 為為 32/4000 100% = 0.8%“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s 32 = 16 s周期序號周期序號地址序

9、號地址序號tc0123967 396801tctctctc3999V W0131讀讀/寫或維持寫或維持刷新刷新讀讀/寫或維持寫或維持3968個周期個周期 （1984）32個周期個周期 （ 16）刷新時間間隔刷新時間間隔 （2ms）刷新序號刷新序號sstcXtcY 以以 32 32 矩陣為矩陣為例例t tC C = = t tM M + + t tR R讀寫讀寫 刷新刷新無無 “死區(qū)死區(qū)” 分散刷新分散刷新（存取周期為存取周期為1s）(存取周期為存取周期為 0.5 s + 0.5 s)W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔刷新間隔 128

10、個讀寫周期個讀寫周期以以 128 128 矩陣為例矩陣為例 分散刷新與集中刷新相結(jié)合分散刷新與集中刷新相結(jié)合對于對于 128 128 的存儲芯片的存儲芯片（存取周期為存取周期為 0.5s）將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn) “死區(qū)死區(qū)”“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s若每隔若每隔 15.6 s 刷新一行刷新一行而且每行每隔而且每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次若每隔若每隔 2 ms 集中刷新一次集中刷新一次“死區(qū)死區(qū)” 為為 64 s 3. 動態(tài)動態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲原理存儲原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗

11、價格價格速度速度刷新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無無主存主存緩存緩存 4.7、只讀存儲器（、只讀存儲器（ROM） 1. 掩膜掩膜 ROM ( MROM ) 行列選擇線交叉處有行列選擇線交叉處有 MOS 管為管為“1”行列選擇線交叉處無行列選擇線交叉處無 MOS 管為管為“0” 2. PROM (一次性編程一次性編程) VCC行線行線列線列線熔絲熔絲熔絲斷熔絲斷為為 “0”為為 “1”熔絲未斷熔絲未斷 2. EPROM (多次性編程多次性編程 ) (1) N型溝道浮動柵型溝道浮動柵 MOS 電路電路G 柵極柵極S 源源D 漏漏紫外線全部擦洗紫外線全部擦洗D

12、 端加正電壓端加正電壓形成浮動柵形成浮動柵S 與與 D 不導通為不導通為 “0”D 端不加正電壓端不加正電壓不形成浮動柵不形成浮動柵S 與與 D 導通為導通為 “1”SGDN+N+P基片基片GDS浮動柵浮動柵SiO2+ + + + +_ _ _ 控制邏輯控制邏輯Y 譯碼譯碼X 譯譯碼碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y 控制控制128 128存儲矩陣存儲矩陣PD/ProgrCSA10A7A6A0.DO0DO7112A7A1A0VSSDO2DO0DO127162413VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7(2) 2716 EPROM 的邏輯圖和引腳的邏輯圖和引腳PD/ProgrPD/Pr

13、ogr功率下降功率下降 / 編程輸入端編程輸入端 讀出時讀出時 為為 低電平低電平 3. EEPROM (多次性編程多次性編程 ) 電可擦寫電可擦寫局部擦寫局部擦寫全部擦寫全部擦寫4. Flash Memory (快擦型存儲器快擦型存儲器) 比比 E2PROM快快EPROM價格便宜價格便宜 集成度高集成度高EEPROM電可擦洗重寫電可擦洗重寫具備具備 RAM 功能功能 四、存儲器與四、存儲器與 CPU 的連接的連接 1. 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展 (1) 位擴展位擴展（增加存儲字長）（增加存儲字長） 用用 2片片 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 1K 8位位 的存儲器的存儲器1

14、0根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DDD0479AA021142114CSWE (2) 字擴展（增加存儲字的數(shù)量）字擴展（增加存儲字的數(shù)量） 用用 2片片 1K 8位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 2K 8位位 的存儲器的存儲器11根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線 1K 8位位 1K 8位位D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS1 (3) 字、位擴展字、位擴展用用 8片片 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 4K 8位位 的存儲器的存儲器8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線12根地址線根地址線WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片選片選譯碼譯碼.1K41K41K41K41K

15、41K41K41K4 2. 存儲器與存儲器與 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫線的連接寫線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選用芯片合理選用芯片(6) 其他其他 時序、負載時序、負載例形例形 解解: : (1) 寫出對應(yīng)的二進制地址碼寫出對應(yīng)的二進制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0

16、0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位ROM1片片 2K8位位(3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號確定片選信號C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2AMREQA