內(nèi)部存儲器課件

內(nèi)部存儲器5.1存儲系統(tǒng)概述

存儲系統(tǒng)是計算機的重要組成部分,用來存儲計算機工作需要的信息（程序和數(shù)據(jù)）的部件，構(gòu)成計算機的信息記憶功能。存儲器可分為兩大類：內(nèi)部存儲器和外部存儲器內(nèi)部存儲器↑外部存儲器↓微機存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.2內(nèi)部存儲器的作用及其分類

內(nèi)存儲器均為半導體存儲器，外存儲器有磁性存儲器、光存儲器和半導體存儲器三種。5.2.1內(nèi)存的主要作用內(nèi)存的作用：

運行程序；暫存常用的程序、數(shù)據(jù)；與外存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)的緩沖存儲。中央處理器數(shù)據(jù)傳輸速度慢數(shù)據(jù)傳輸速度快內(nèi)存儲器通過總線通過接口外存儲器計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)半導體存儲器隨機存儲器(RAM:RandomAccessMemory)只讀存儲器(ROM:ReadOnlyMemory)閃爍存儲器(FlashMemory)動態(tài)存儲器(DRAM)靜態(tài)存儲器(SRAM)可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)可編程只讀存儲器(PROM)DRAM:DynamicRAMSRAM:StaticRAMPROM:ProgrammableROMEPROM:ErasablePROMEEPROM:ElectricallyEPROM5.2.2內(nèi)存的分類計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.2.3內(nèi)存的主要技術(shù)指標存儲容量：存儲器可以容納的二進制信息量稱為存儲容量。以字節(jié)(B:Byte)為單位。

1KB=210=1024B1MB=220=1024KB=1,048,576B1GB=230=1024MB=1,048,576KB=1,073,741,824B速度：讀取時間=存儲器從接收讀出命令到被讀出信息穩(wěn)定在MDR(MemoryDataRegister)的輸出端為止的時間，一般單位為ns(10-9秒)。DRAM芯片：一般為幾十ns。目前由DRAM芯片構(gòu)成的內(nèi)存條(模塊)：突發(fā)傳送模式下讀寫速度可以達到2ns。如DDR400的極限速度為2.5ns。SRAM芯片：幾個~十幾ns。帶寬：(存儲器位數(shù)/8)X讀取速度峰值，單位為MB/s。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)錯誤校驗：內(nèi)存在讀寫過程中檢測和糾正錯誤的能力，常用的錯誤校驗方式有Parity、ECC和SPD奇偶校驗(Parity)：每個字節(jié)增加一位，共9位，增加的一位由于奇校驗或偶校驗。只有檢錯能力。

ECC(ErrorCheckingandCorrecting)，一般每64位增加8位。由于差錯控制。ECC的功能不但使內(nèi)存具有數(shù)據(jù)檢錯能力，而且具備了數(shù)據(jù)糾錯功能。SPD(SerialPresenceDetect串行存在探測)：用1個小容量EEPROM芯片，記錄內(nèi)存的速度、容量、電壓與行、列地址帶寬等參數(shù)信息。當開機時PC的BIOS將自動讀取SPD中記錄的信息，以完成正確的硬件參數(shù)設(shè)置(如外頻、讀取時間、及各種延時)。5.2.3內(nèi)存的主要技術(shù)指標計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3半導體存儲器的組成及工作原理5.3.1

隨機存儲器RAMSRAM工作原理

SRAM基本存儲電路單元：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器QQRSQQRS與非門特性輸入輸出

0

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10

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00/1QDck計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)D0~D70/1Q0D00/1Q1D10/1Q2D20/1Q3D30/1Q4D40/1Q5D50/1Q6D60/1Q7D7ck寄存器5.3半導體存儲器的組成及工作原理R/WE使能讀/寫R/WD0~D7E0E1E2E3存儲陣列計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)讀出：置選擇線為高電平，使T5和T6導通，從I/O線輸出原存的信息。寫入：置選擇線為高電平，使T5和T6導通，寫入數(shù)據(jù)使I/O線呈相應(yīng)電平。ABT1T2T3T4T5選擇線I/OI/OVccT6實際的CMOS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：T1和T2構(gòu)成觸發(fā)器，T3和T4分別作為T1和T2的負載電阻。T1截止而T2導通時的狀態(tài)稱為“1”。相反的狀態(tài)稱為“0”。

5.3半導體存儲器的組成及工作原理計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)SRAM的芯片結(jié)構(gòu)SRAM芯片：內(nèi)部由存儲矩陣、地址譯碼器、存儲控制邏輯和I/O緩沖器組成。地址譯碼器．．．存儲陣列．．．雙向緩沖器．．．控制邏輯D0D1DN-1RD/WRCEOE．．．A0A1AM-1A0~AM-1:地址線D0~DN-1:數(shù)據(jù)線RD/WR:讀寫控制OE:輸出允許CE:片選R/WOECEAiDiXX0XX0X1寫地址寫數(shù)據(jù)111讀地址讀數(shù)據(jù)無操作寫讀計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)DRAM的位存儲電路為單管動態(tài)存儲電路，如圖所示。DRAM存放信息靠的是電容器C，電容器C有電荷時，為邏輯“l(fā)”，沒有電荷時，為邏輯“0”。DRAM的工作原理T刷新放大器數(shù)據(jù)輸入輸出線行選擇信號列選擇信號C

由于電容器存在漏電，因此需要定期對電容器充電——刷新，即每隔一定時間(一般2ms左右)就要刷新一次。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)DRAM的結(jié)構(gòu)2116:16K×1位DRAM芯片RA0~RA6:刷新地址 A0~A13:總線地址RAS:行地址選通 CAS:列地址選通刷新計數(shù)器刷新多路器A0A6數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出刷新時鐘刷新多路控制~2116存儲器數(shù)據(jù)總線

地址總線行/列多路器RASCASWEA0~A6A7~A13RA0~RA6MA0~MA6計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)DRAM的讀寫時序

DRAM讀出時序DRAM寫入時序計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.2只讀存儲器——ROM

只讀存儲器ROM一旦有了信息，就不能輕易改變，也不會在掉電時丟失。除只讀特性外，ROM器件有3個顯著的特點：結(jié)構(gòu)簡單，所以位密度高。具有非易失性，所以可靠性高。讀速度慢。

ROM可以分為5種：

掩膜ROM

這種ROM是由制造廠家利用一種掩膜技術(shù)寫入程序的，掩膜ROM制成后，不能修改。根據(jù)制造工藝可分為MOS型和TTL型兩種。MOS型ROM功耗小、速度慢，適用于一般微機系統(tǒng)；而TTL型則速度快、功耗大，適用于速度較高的計算機系統(tǒng)。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.2只讀存儲器——ROM2.PROM——可編程ROMPROM雖然可由用戶編程，但只能有一次寫入的機會，一旦編程(寫入)之后，就如掩模式ROM一樣。

PROM存儲器使用熔斷絲，熔斷絲原始狀態(tài)導通(1)，將熔斷絲燒斷編程為0。3.EPROM——可擦除可編程ROMEPROM通過紫外線照射可以將信息全部擦除(全部為1)。EPROM可重復(fù)編程。適合于系統(tǒng)開發(fā)研制時使用。

EPROM雖然具有可反復(fù)編程的優(yōu)點，但需要專用的紫外線擦除器，且只能整體擦除。4.EEPROM——電可擦除可編程ROM

可通過電信號全部或部分擦除，能完成在線編程。通過程序方式可實現(xiàn)讀寫，但其讀寫速度比RAM慢的多。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.FlashMemory——閃爍存儲器屬于EEPROM的改進產(chǎn)品。新一帶的非易失存儲器。特點：一般容量比其他類型ROM大的多，集成度高；內(nèi)部為分頁結(jié)構(gòu)（一般1頁512字節(jié)），寫入之前必須整頁擦除，信息只能由1寫為0。目前被廣泛用于移動存儲器（U盤），替代軟磁盤。也被廣泛用于PC機的主板上，用來保存BIOS程序。將逐步取代其他類型的ROM。和硬盤相比：抗震、無噪聲、耗電低等優(yōu)點。但容量小、造價高。和RAM相比：具有非易失的優(yōu)勢，但速度慢、不能完成完全隨機讀寫。5.3.2只讀存儲器——ROM計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.3內(nèi)部存儲器的組成

主存儲器的基本構(gòu)成：

存儲陣列地址譯碼器地址寄存器MAR讀寫驅(qū)動電路數(shù)據(jù)寄存器MDR時序控制電路系統(tǒng)總線地址總線讀寫控制數(shù)據(jù)總線CPU計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

存儲器陣列由存儲器芯片組成，多片存儲器芯片擴展成存儲器陣列的方式有兩種：位并聯(lián)擴展和地址串聯(lián)擴展：并聯(lián)擴展256KX4256KX4256KX4256KX464KX1664KX1664KX1664KX16地址串聯(lián)擴展存儲器陣列行地址譯碼器行地址鎖存器列地址譯碼器列地址鎖存器地址列地址選通CAS行地址選通RAS計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

存儲器模塊的數(shù)據(jù)位寬一般大于存儲器芯片的數(shù)據(jù)位寬，目前使用的存儲器模塊的數(shù)據(jù)位寬為64位，存儲器芯片的數(shù)據(jù)位寬一般為4位、8位或16位。32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位32MX8位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位16MX16位8片32M/8位組成256MB的存儲器模塊8片16M/16位組成256MB的存儲器模塊64位模塊位寬影射到系統(tǒng)影射到系統(tǒng)256MB存儲空間計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

目前內(nèi)存的物理結(jié)構(gòu)都是條狀的模塊——內(nèi)存條，由DRAM芯片構(gòu)成的條狀電路模塊。內(nèi)存條的種類：類型 接口 位寬單條容量 電壓 應(yīng)用時代=====================================================DRAM 30SIMM 8 256K~4M 5 286/386/486FPMDRAM 72SIMM 32 4~32M 5 486/PentiumEDODRAM 72SIMM 32 4~32M 5 PentiumSDRAM 168DIMM 64 32~256M 3.3 PentiumRambusDRAM 184RIMM 16 64M~1G 2.5 PentiumDDRSDRAM 184DIMM 64 128~512M 2.5 PentiumDDR2SDRAM 240DIMM 64 256M~1G 1.8 PentiumSIMM:SingleIn-lineMemoryModule FPM:FastPageModeDIMM:DualIn-lineMemoryModule EDO:ExtendedDataOutRIMM:RambusIn-lineMemoryModule DDR:DoubleDataRate計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)FPMDRAM：存儲器模塊中的一行稱為一頁，在一頁內(nèi)的連續(xù)訪問時，第一次訪問送出行地址和列地址，在后續(xù)的連續(xù)訪問只送出列地址，而被鎖存在存儲器的行地址鎖存器?？梢蕴岣哌B續(xù)地址訪問的速度。EDODRAM：在FPM的基礎(chǔ)上改進，在輸出一組數(shù)據(jù)的同時按地址順序準備下一組數(shù)據(jù)，提高連續(xù)讀操作的速度。SDRAM（同步DRAM）：采用64位位寬； 存儲器與CPU的外頻同步； 采用突發(fā)傳送：送出一個地址后可以按順序連續(xù)讀出；RDRAM（RambusDRAM）：Rambus公司的存儲器標準，采用串行傳送，時鐘的上、下沿分別傳輸數(shù)據(jù)，支持多通道。5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)DDRSDRAM：在SDRAM的基礎(chǔ)上，采用時鐘的上、下沿分別傳輸數(shù)據(jù)，使傳送帶寬增加一倍。

雙體結(jié)構(gòu)：存儲陣列由雙存儲體構(gòu)成，交叉編址，執(zhí)行一個存儲器輸出的同時準備另一個存儲器的數(shù)據(jù)，按時間交替輸出。5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)DDR2SDRAM：DDRSDRAM的改進型，使用數(shù)據(jù)預(yù)取實現(xiàn)內(nèi)部并行化，降低芯片的工作頻率。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)目前常見的存儲器——SDRAMPC66PC100PC133標準總線頻率66MHz100MHz133MHz帶寬533MB/s800MB/s1067MB/s

主要的標準有PC66、PC100、PC133三種。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)目前常見的存儲器——RambusDRAM(RDRAM)