內(nèi)部存儲(chǔ)器課件

內(nèi)部存儲(chǔ)器5.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述

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

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

運(yùn)行程序；暫存常用的程序、數(shù)據(jù)；與外存儲(chǔ)器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)。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(chǔ)器通過總線通過接口外存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM:RandomAccessMemory)只讀存儲(chǔ)器(ROM:ReadOnlyMemory)閃爍存儲(chǔ)器(FlashMemory)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)DRAM:DynamicRAMSRAM:StaticRAMPROM:ProgrammableROMEPROM:ErasablePROMEEPROM:ElectricallyEPROM5.2.2內(nèi)存的分類計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.2.3內(nèi)存的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息量稱為存儲(chǔ)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(shí)間=存儲(chǔ)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(shí)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(dá)到2ns。如DDR400的極限速度為2.5ns。SRAM芯片：幾個(gè)~十幾ns。帶寬：(存儲(chǔ)器位數(shù)/8)X讀取速度峰值，單位為MB/s。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)錯(cuò)誤校驗(yàn)：內(nèi)存在讀寫過程中檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤的能力，常用的錯(cuò)誤校驗(yàn)方式有Parity、ECC和SPD奇偶校驗(yàn)(Parity)：每個(gè)字節(jié)增加一位，共9位，增加的一位由于奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。只有檢錯(cuò)能力。

ECC(ErrorCheckingandCorrecting)，一般每64位增加8位。由于差錯(cuò)控制。ECC的功能不但使內(nèi)存具有數(shù)據(jù)檢錯(cuò)能力，而且具備了數(shù)據(jù)糾錯(cuò)功能。SPD(SerialPresenceDetect串行存在探測(cè))：用1個(gè)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(dāng)開機(jī)時(shí)PC的BIOS將自動(dòng)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(shí)間、及各種延時(shí))。5.2.3內(nèi)存的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理5.3.1

隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMSRAM工作原理

SRAM基本存儲(chǔ)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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1

00/1QDck計(jì)算機(jī)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(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理R/WE使能讀/寫R/WD0~D7E0E1E2E3存儲(chǔ)陣列計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)讀出：置選擇線為高電平，使T5和T6導(dǎo)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(dǎo)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(shí)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(fù)載電阻。T1截止而T2導(dǎo)通時(shí)的狀態(tài)稱為“1”。相反的狀態(tài)稱為“0”。

5.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理計(jì)算機(jī)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(chǔ)矩陣、地址譯碼器、存儲(chǔ)控制邏輯和I/O緩沖器組成。地址譯碼器．．．存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)DRAM的位存儲(chǔ)電路為單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)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(shí)，為邏輯“l(fā)”，沒有電荷時(shí)，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(hào)列選擇信號(hào)C

由于電容器存在漏電，因此需要定期對(duì)電容器充電——刷新，即每隔一定時(shí)間(一般2ms左右)就要刷新一次。計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)器刷新多路器A0A6數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出刷新時(shí)鐘刷新多路控制~2116存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線

地址總線行/列多路器RASCASWEA0~A6A7~A13RA0~RA6MA0~MA6計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)DRAM的讀寫時(shí)序

DRAM讀出時(shí)序DRAM寫入時(shí)序計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.2只讀存儲(chǔ)器——ROM

只讀存儲(chǔ)器ROM一旦有了信息，就不能輕易改變，也不會(huì)在掉電時(shí)丟失。除只讀特性外，ROM器件有3個(gè)顯著的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)系統(tǒng)；而TTL型則速度快、功耗大，適用于速度較高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.2只讀存儲(chǔ)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(jī)會(huì)，一旦編程(寫入)之后，就如掩模式ROM一樣。

PROM存儲(chǔ)器使用熔斷絲，熔斷絲原始狀態(tài)導(dǎo)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(shí)使用。

EPROM雖然具有可反復(fù)編程的優(yōu)點(diǎn)，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(hào)全部或部分擦除，能完成在線編程。通過程序方式可實(shí)現(xiàn)讀寫，但其讀寫速度比RAM慢的多。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.FlashMemory——閃爍存儲(chǔ)器屬于EEPROM的改進(jìn)產(chǎn)品。新一帶的非易失存儲(chǔ)器。特點(diǎn)：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(dòng)存儲(chǔ)器（U盤），替代軟磁盤。也被廣泛用于PC機(jī)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(diǎn)。但容量小、造價(jià)高。和RAM相比：具有非易失的優(yōu)勢(shì)，但速度慢、不能完成完全隨機(jī)讀寫。5.3.2只讀存儲(chǔ)器——ROM計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)5.3.3內(nèi)部存儲(chǔ)器的組成

主存儲(chǔ)器的基本構(gòu)成：

存儲(chǔ)陣列地址譯碼器地址寄存器MAR讀寫驅(qū)動(dòng)電路數(shù)據(jù)寄存器MDR時(shí)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(jì)算機(jī)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(chǔ)器陣列由存儲(chǔ)器芯片組成，多片存儲(chǔ)器芯片擴(kuò)展成存儲(chǔ)器陣列的方式有兩種：位并聯(lián)擴(kuò)展和地址串聯(lián)擴(kuò)展：并聯(lián)擴(kuò)展256KX4256KX4256KX4256KX464KX1664KX1664KX1664KX16地址串聯(lián)擴(kuò)展存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)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(chǔ)器模塊的數(shù)據(jù)位寬一般大于存儲(chǔ)器芯片的數(shù)據(jù)位寬，目前使用的存儲(chǔ)器模塊的數(shù)據(jù)位寬為64位，存儲(chǔ)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(chǔ)器模塊8片16M/16位組成256MB的存儲(chǔ)器模塊64位模塊位寬影射到系統(tǒng)影射到系統(tǒng)256MB存儲(chǔ)空間計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)FPMDRAM：存儲(chǔ)器模塊中的一行稱為一頁，在一頁內(nèi)的連續(xù)訪問時(shí)，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(chǔ)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(jìn)，在輸出一組數(shù)據(jù)的同時(shí)按地址順序準(zhǔn)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(chǔ)器與CPU的外頻同步； 采用突發(fā)傳送：送出一個(gè)地址后可以按順序連續(xù)讀出；RDRAM（RambusDRAM）：Rambus公司的存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)，采用串行傳送，時(shí)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(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)DDRSDRAM：在SDRAM的基礎(chǔ)上，采用時(shí)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(chǔ)陣列由雙存儲(chǔ)體構(gòu)成，交叉編址，執(zhí)行一個(gè)存儲(chǔ)器輸出的同時(shí)準(zhǔn)備另一個(gè)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，按時(shí)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(jìn)型，使用數(shù)據(jù)預(yù)取實(shí)現(xiàn)內(nèi)部并行化，降低芯片的工作頻率。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)目前常見的存儲(chǔ)器——SDRAMPC66PC100PC133標(biāo)準(zhǔn)總線頻率66MHz100MHz133MHz帶寬533MB/s800MB/s1067MB/s

主要的標(biāo)準(zhǔn)有PC66、PC100、PC133三種。計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)目前常見的存儲(chǔ)器——RambusDRAM(RDRAM)