组成原理存储器课件.ppt
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1、组成原理课件存储器第1页,此课件共32页哦 7 7 1 1 存储器的概述存储器的概述一、存储器的分类一、存储器的分类存储器存储器内存储器内存储器外存储器外存储器磁芯存储器磁芯存储器半导体存储器半导体存储器RAMRAMROMROM静静态态 R RA AM M动动态态 R RA AM M掩掩膜膜 R RO OM MP PR RO OM ME EP PR RO OM M磁磁鼓鼓、磁磁带带光光 盘盘 磁磁 盘盘第2页,此课件共32页哦二、存储器的主要技术指标二、存储器的主要技术指标1、存储容量、存储容量 存储容量是指存储器所能存放二进制信息的数量。存储容量是指存储器所能存放二进制信息的数量。单位为单位
2、为B。存储容量存储容量=存储单元个数存储单元个数存储字长存储字长例例1 1:(1 1)如有一台计算机的存储器为)如有一台计算机的存储器为256K256K字,若首地址为字,若首地址为00000H00000H,那,那 么末地址的么末地址的1616进制表示是多少?进制表示是多少?(2 2)某计算机字长是)某计算机字长是3232位,它的存储容量是位,它的存储容量是256KB256KB,若按字节和字,若按字节和字编址,它的寻址范围分别是多少?编址,它的寻址范围分别是多少?MDRMDR和和MARMAR各位多少位?各位多少位?2、存储周期、存储周期 存储周期它是从一次启动存储器操作到操作完成后可存储周期它是
3、从一次启动存储器操作到操作完成后可启动下一次操作的时间。启动下一次操作的时间。第3页,此课件共32页哦练习:设有一个练习:设有一个1MB容量的存储器,字长为容量的存储器,字长为32位,问:位,问:(1)按字节编址,地址寄存器、数据寄存器各为几)按字节编址,地址寄存器、数据寄存器各为几 位?编址范围为多大?位?编址范围为多大?(2)按半字编址,地址寄存器、数据寄存器各为几)按半字编址,地址寄存器、数据寄存器各为几 位?编址范围为多大?位?编址范围为多大?(3)按字编址,地址寄存器、数据寄存器各为几位?)按字编址,地址寄存器、数据寄存器各为几位?编址范围为多大?编址范围为多大?第4页,此课件共32
4、页哦 7 7 2 2 半导体存储器半导体存储器一、概述一、概述1、半导体存储器芯片的组成、半导体存储器芯片的组成译译码码驱驱动动电电路路存存 储储 体体读读写写电电路路地址线地址线片选线片选线数据线线数据线线读读/写写 控制线控制线译码驱动电路:把译码驱动电路:把AB送来的地址信号翻译成对应存储单送来的地址信号翻译成对应存储单 元的选择信号,再经过驱动电路和读写元的选择信号,再经过驱动电路和读写 电路完成对选中存储单元的读写操作。电路完成对选中存储单元的读写操作。存储体:由大量的存储单元构成的阵列组成,用于存储存储体:由大量的存储单元构成的阵列组成,用于存储 信息。信息。读写电路:完成对存储单
5、元的读写操作。读写电路:完成对存储单元的读写操作。第5页,此课件共32页哦2 2、半导体存储器的译码驱动方式、半导体存储器的译码驱动方式(1 1)线选法)线选法:用一个译码器,将所有的地址信号转换成行(字线)用一个译码器,将所有的地址信号转换成行(字线)选通信号,每一条行选线选择一个字对应的存储单元。选通信号,每一条行选线选择一个字对应的存储单元。(161161字节)字节)P76P76图图4.94.90 ,10 ,715 ,015 ,7读读/写写 控制器控制器地地址址译译码码器器A0A1A2A3读读/写写 选通选通字字线线01507位线位线D0D7例例2:一个一个1010位地址的存储器芯片用单
6、译码方式需用多少条选通线?位地址的存储器芯片用单译码方式需用多少条选通线?第6页,此课件共32页哦 采用两个译码器,输入的地址信号分成两部分送到两个译码采用两个译码器,输入的地址信号分成两部分送到两个译码器,分别产行选通信号和列选通信号。可减少选通线的条数,器,分别产行选通信号和列选通信号。可减少选通线的条数,适合于容量较大的存储器芯片。适合于容量较大的存储器芯片。(1K1(1K1位)图位)图4.104.10例例3 3:一个:一个1010位地址的存储器芯片用双译码方式需用多少条选通线?位地址的存储器芯片用双译码方式需用多少条选通线?例例4 4:一个:一个64K64K存储容量的芯片用单译码方式和
7、双译码方式各需多少存储容量的芯片用单译码方式和双译码方式各需多少 条选通线?条选通线?I/O0 ,03232 A5A6A7A9A8X0X31X地地址址译译码码器器A0A1A2A4A30 ,3131 ,031 ,31Y地址译码器地址译码器(2 2)重合法)重合法(双译码方式)双译码方式)第7页,此课件共32页哦二、二、静态静态 RAMRAM1、静态静态 RAM RAM 的的 基本单元电路图基本单元电路图4.114.11(1)读出过程)读出过程(2)写入过程)写入过程 (3)芯片结构和引脚)芯片结构和引脚 (P77页图页图4.12和图和图4.13)列地址选择列地址选择T2T5T6T3T4T1T7T
8、8BAVcc行地址选择行地址选择写选择写选择写入写入Din读选择读选择输出输出Dout由由T1T6六个六个MOS管构成双稳态触发管构成双稳态触发电路。电路。T1、T2为工为工作管、作管、T3、T4为负为负载管、载管、T5、T6为行为行地址选择控制管。地址选择控制管。两个稳定的状态:两个稳定的状态:T1通、通、T2止为止为“1”态态T1止、止、T2通为通为“0”态态特点:特点:(1)用)用MOS管构成的双稳态触发电路来存储信息管构成的双稳态触发电路来存储信息“0”和和“1”。(2)集成度低,功耗大,价格贵,速度快。)集成度低,功耗大,价格贵,速度快。第8页,此课件共32页哦三、动态三、动态RAM
9、1、动态、动态RAM的基本单元电路的基本单元电路读选择线读选择线写选择线写选择线读数据线读数据线写数据线写数据线T2T1T3CgT4Vdd预充电信号预充电信号数据线数据线字线字线(读写控制线)(读写控制线)TCg三管三管MOSMOS动态动态RAMRAM基本单元电路基本单元电路图图4.174.17单管单管MOS动态动态RAM基本单元电路基本单元电路图图4.18特点:特点:(1)用动态元件电容存储信息)用动态元件电容存储信息“0”和和“1”。(2)集成度高,功耗低,价格低,需动态刷新电路,速度慢。)集成度高,功耗低,价格低,需动态刷新电路,速度慢。第9页,此课件共32页哦2 2、动态、动态RAMR
10、AM的刷新的刷新 动态动态RAMRAM是用靠电容存储电荷(有电荷为是用靠电容存储电荷(有电荷为“1 1”、无电荷为、无电荷为“0 0”)来寄存信息的。电容上的电荷只能维持来寄存信息的。电容上的电荷只能维持12ms12ms,所以存储的信息,所以存储的信息会自动消失,必须在会自动消失,必须在2ms2ms内对其所有存储单元恢复一次原状态。内对其所有存储单元恢复一次原状态。其刷新过程就是先将原存信息读出,再利用刷新放大器形成原其刷新过程就是先将原存信息读出,再利用刷新放大器形成原信息并重新写入原单元。信息并重新写入原单元。读选择线读选择线写选择线写选择线读数据线读数据线写数据线写数据线T2T1T3Cg
11、T4Vdd预充电信号预充电信号VddPTCTBTA控制端控制端刷新放大器刷新放大器A第10页,此课件共32页哦3、刷新方法、刷新方法动态动态RAM必须采用定时刷新,即在规定的时间里对全部存储单必须采用定时刷新,即在规定的时间里对全部存储单元电路作一次刷新,一般刷新时间为元电路作一次刷新,一般刷新时间为2毫秒。在刷新周期内由专用毫秒。在刷新周期内由专用的刷新电路来完成对基本单元电路的逐行刷新。的刷新电路来完成对基本单元电路的逐行刷新。(1)集中刷新)集中刷新在刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新,在刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新,此时必须停止读此时必须停止读/写操作
12、。写操作。例:动态例:动态RAM芯片内芯片内3232矩阵,读写周期为矩阵,读写周期为0.5s,连续刷新,连续刷新32行需行需16s占占32个读个读/写周期。在刷新周期写周期。在刷新周期2ms内含内含4000个读个读/写写周期,实际在前周期,实际在前3968个周期用于读个周期用于读/写操作或维持,后写操作或维持,后32个周期用个周期用于刷新。于刷新。特点:访存出现特点:访存出现32/4000即即8%的死区。的死区。读读/写或保持写或保持刷新刷新TCTC TCTC TCTC第11页,此课件共32页哦(2 2)分散方式)分散方式 分散刷新是将对每行存储单元的刷新分散到每个读分散刷新是将对每行存储单元
13、的刷新分散到每个读/写周期内写周期内完成。将存取周期分成两段,一段用于读完成。将存取周期分成两段,一段用于读/写或维持,另一段用来刷写或维持,另一段用来刷新。新。特点:虽然克服了死区的现象,但使机器的存取周期由特点:虽然克服了死区的现象,但使机器的存取周期由0.5s变成变成1s,使整机的工作效率下降。,使整机的工作效率下降。(3)集中与分散结合方式(异步)集中与分散结合方式(异步)先用要刷新的行数对先用要刷新的行数对2ms进行分割,再将每行的时间分为两进行分割,再将每行的时间分为两段,前段用于读段,前段用于读/写或保持,后段时间即写或保持,后段时间即0.5s用于刷新。用于刷新。特点:即克服了死
14、区现象,又提高了整机的工作效率。特点:即克服了死区现象,又提高了整机的工作效率。例:例:128128芯片,每行刷新时间为芯片,每行刷新时间为2ms/128=15.6sTCTC TCTC TCTCR/WR/W刷新刷新R/WR/WR/WR/W刷新刷新刷新刷新读读/写写刷新刷新读读/写写读读/写写刷新刷新15.6 s15.6 s15.6 s15.6 s15.6 s15.6 s第12页,此课件共32页哦四、只读存储器四、只读存储器ROM根据制造工艺只读存储器根据制造工艺只读存储器ROM可为可为ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashMemory等。等。P88911、掩膜、掩膜ROM(只读
15、存储器)(只读存储器)通过元件的通过元件的“有有”表示信息表示信息“1”,元件的,元件的“无无”来表示信息来表示信息“0”。2、PROM(一次性可编程只读存储器)(一次性可编程只读存储器)熔丝未断表示信息熔丝未断表示信息“1”,熔丝烧断表示信息,熔丝烧断表示信息“0”3、EPROM(可擦可编程序的只读存储器)(可擦可编程序的只读存储器)通过紫外线照射,可实现信息的擦除,外加通过紫外线照射,可实现信息的擦除,外加+25的编程电压及宽的编程电压及宽50ms的编程脉冲可对指定的单元写入信息的编程脉冲可对指定的单元写入信息“1”和和“0”。4、E2PROM(可电擦可编程的只读存储器)(可电擦可编程的只
16、读存储器)通过给定的擦除电压可对位或字节的信息进行擦除。(通过给定的擦除电压可对位或字节的信息进行擦除。(10万次)万次)5、FlashMemory(快擦除读写存储器)(快擦除读写存储器)通过给定的擦除实现对原有信息的擦除,并可实现在线编程。通过给定的擦除实现对原有信息的擦除,并可实现在线编程。五、只读存储器芯片的结构与引脚五、只读存储器芯片的结构与引脚(P207图图7-29)第13页,此课件共32页哦五、多体交叉存储器五、多体交叉存储器由多个存储模块构成,每个模块有相同的容量和存取速度,各由多个存储模块构成,每个模块有相同的容量和存取速度,各模块有各自独立的地址寄存器、数据寄存器、地址译码器
17、、驱动和模块有各自独立的地址寄存器、数据寄存器、地址译码器、驱动和读写电路,它们能并行、交叉工作。各自以等同的方式与读写电路,它们能并行、交叉工作。各自以等同的方式与CPU传递传递信息。信息。CPU在一个周期内分时访问每个存储体。若多体交叉存储器在一个周期内分时访问每个存储体。若多体交叉存储器由由n个存储模块构成,存储器的工作速度可提高个存储模块构成,存储器的工作速度可提高n倍。倍。它是在多总它是在多总线结构的计算机中,提高系统的吞吐率的最有效方法。线结构的计算机中,提高系统的吞吐率的最有效方法。例:问读例:问读0、5、10、15存储单元中的数据和读存储单元中的数据和读1、3、5、7存储单存储
18、单元中的数据各需多少周期?元中的数据各需多少周期?多体交叉存储器按多体交叉存储器按选择不同存储模块选择不同存储模块所用地址位是高位地址还所用地址位是高位地址还是低位地址可分为高位交叉编址的多体存储器和低位交叉编址的多是低位地址可分为高位交叉编址的多体存储器和低位交叉编址的多体存储器体存储器012345678910111213141516171819202122231#2#3#4#第14页,此课件共32页哦1、高位交叉编址的多体存储器、高位交叉编址的多体存储器1#2#3#4#地址译码器地址译码器体号体号体内地址体内地址地址译码器地址译码器CSCSCSCS体号:地址线的高位部分经译码后用于选择不同
19、存储器体号:地址线的高位部分经译码后用于选择不同存储器 芯片,各不同的存储器片选信号相连。芯片,各不同的存储器片选信号相连。体内地址:即存储器芯片的片内地址。体内地址:即存储器芯片的片内地址。特点:特点:(1)程序和数)程序和数据按存储体存据按存储体存放,一个存满后放,一个存满后再存下一个存储再存下一个存储体。体。(2)一个用于执)一个用于执行程序,另一个行程序,另一个用于与用于与I/O设备设备DMA传送。传送。第15页,此课件共32页哦例:已知例:已知RAM芯片的容量为芯片的容量为1K8,现要构成按字节寻址,现要构成按字节寻址的的2体交叉的容量为体交叉的容量为2K8存储器,若采用高位交叉编址
20、存储器,若采用高位交叉编址画出存储器的结构图。画出存储器的结构图。1#2#CSCSWEWEA9A0A9A0D7D0D7D0D7D0A9A0W/RA10第16页,此课件共32页哦 2、低位交叉编址的多体存储器、低位交叉编址的多体存储器1#2#3#4#体内地址体内地址体号体号地址译码器地址译码器CSCSCSCS体号:地址线的高位部分经译码后用于选择不同存储器体号:地址线的高位部分经译码后用于选择不同存储器 芯片,各不同的存储器片选信号相连。芯片,各不同的存储器片选信号相连。体内地址:即存储器芯片的片内地址。体内地址:即存储器芯片的片内地址。地址译码器地址译码器特点:特点:(1)程序和数)程序和数连
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