5 第4章存储器(1).ppt

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1、计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第四章存储器第四章存储器 计算机组成原理计算机组成原理 主讲人主讲人 陈志勇陈志勇 山东大学山东大学 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院作者：唐朔飞作者：唐朔飞高等教育出版社高等教育出版社计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院引言引言目的目的了较由不同存储器组成的多层次结了较由不同存储器组成的多层次结构的存储系统构的存储系统 主要内容主要内容主存储器的分类主存储器的分类工作原理工作原理组成方式组成方式与其他部件（与其他部件（CPUCPU）的连接）的连接 存储器存储器是记忆信息的实体，是数字计算机具备是记忆信息的实体，是数字计算机具备存储数据和信息

2、能力，能够自动连续执行程序，进存储数据和信息能力，能够自动连续执行程序，进行广泛的信息处理的重要基础。行广泛的信息处理的重要基础。保存内容：保存内容：程序程序和和数据数据。2计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院内容提要内容提要4.4 辅助存储器辅助存储器 4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器 4.2 主存储器主存储器 4.1 概述概述 3计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院4.1 概 述一、存储器分类一、存储器分类 1.按存储介质分类按存储介质分类(1)半导体存储器半导体存储器(2)磁表面存储器磁表面存储器(3)磁芯存储器磁芯存储器(4)光盘存储器光盘存储器 易失易失 双极型双极型(T

3、TL)、金属氧化物金属氧化物(MOS)磁头、载磁体磁头、载磁体硬磁材料、环状元件硬磁材料、环状元件 激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失TTL:Transistor-Transistor LogicMOS:Metal-Oxide-Semiconductor 4计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院(1)存取时间与物理地址无关（随机访问）存取时间与物理地址无关（随机访问）顺序存取存储器顺序存取存储器 磁带磁带 4.12.按存取方式分类按存取方式分类(2)存取时间与物理地址有关（串行访问）存取时间与物理地址有关（串行访问）随机存储器随机存储器 只读存储器只读存储器 直接存取存储器直接存取存储

4、器 磁盘磁盘 在程序的执行过程中在程序的执行过程中 可可 读读 可可 写写在程序的执行过程中在程序的执行过程中 只只 读读 5计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院磁盘、磁带、光盘磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器MROM PROM EPROM EEPROM RAMROM静态静态 RAM 动态动态 RAM 3.按在计算机中的作用分类按在计算机中的作用分类 4.16计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院7计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院也采用随机访问方式，只能读出，不能写入。也采用随机

5、访问方式，只能读出，不能写入。只读存储器只读存储器ROM ROM 固存：固存：ROMROM：只读只读不写不写PROMPROM：用户不能编程用户不能编程 用户可一次编程用户可一次编程 EPROMEPROM：用户可多次编程用户可多次编程（紫外线擦除）紫外线擦除）EEPROMEEPROM：用户可多次编程用户可多次编程（电擦除）电擦除）PROMPROMEPROMEPROMEEPROMEEPROM8计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院高高低低小小大大快快慢慢辅辅存存寄存器寄存器 缓存缓存 主存主存 磁盘磁盘 光盘光盘磁带磁带光盘光盘 磁带磁带 速度速度 容量容量 价格价格 位位 1.存储器三个主要特

6、性的关系存储器三个主要特性的关系 二、存储器的层次结构二、存储器的层次结构 CPUCPU主主机机4.19计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院缓存缓存 CPU主存主存 辅存辅存 2.缓存缓存 主存层次和主存主存层次和主存 辅存层次辅存层次 缓存缓存 主存主存 辅存辅存 主存主存 虚拟存储器虚拟存储器 10 ns20 ns200 nsms 虚地址虚地址 逻辑地址逻辑地址 实地址实地址 物理地址物理地址 主存储器主存储器 4.1（速度）（速度）（容量）（容量）10计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 CPUCPU CacheCache 主存主存 外存外存95%11计算机科学与技术学院计算机科

7、学与技术学院内容提要内容提要4.4 辅助存储器辅助存储器 4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器 4.2 主存储器主存储器 4.1 概述概述 12计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院4.2 主存储器 一、概述一、概述 1.主存的基本组成主存的基本组成 存储体存储体 驱动器驱动器 译码器译码器 MAR控制电路控制电路 读读写写电电路路MDR地址总线地址总线 数据总线数据总线 读读写写13计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院2.主存和主存和 CPU 的联系的联系 MDRMARCPU主主 存存 读读 数据总线数据总线 地址总线地址总线 写写4.214计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 高

8、位字节高位字节 地址为字地址地址为字地址 低位字节低位字节 地址为字地址地址为字地址 设地址线设地址线 24 根根按按 字节字节 寻址寻址按按 字字 寻址寻址 若字长为若字长为 16 位位按按 字字 寻址寻址若字长为若字长为 32 位位字地址字地址字节地址字节地址111098765432108403.主存中存储单元地址的分配主存中存储单元地址的分配 4.2224=16 M8 M4 M大端法大端法(Big-(Big-EndianEndian):):高位字节排放高位字节排放在内存的低地址端在内存的低地址端小端法小端法(Little-(Little-EndianEndian):):低位字低位字节排放

9、在内存的低地址端节排放在内存的低地址端 字地址字地址字节地址字节地址8910114567012384015计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院16计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院(2)存储速度存储速度4.主存的技术指标主存的技术指标 (1)存储容量存储容量(3)存储器的带宽存储器的带宽主存主存 存放二进制代码的总位数存放二进制代码的总位数 读出时间读出时间 写入时间写入时间 存储器的存储器的 访问时间访问时间 存取时间存取时间 存取周期存取周期 读周期读周期 写周期写周期 连续两次独立的存储器操作连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的（读或写）所需的 最小间隔时间最小间隔时间 单

10、位时间内存存取的信息量单位时间内存存取的信息量 4.217计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院芯片容量芯片容量 二、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介 1.半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构 译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路1K4位位 16K1位位 8K8位位 片选线片选线读读/写控制线写控制线 地地址址线线数数据据线线地址线地址线（单向）（单向）数据线数据线（双向）（双向）1041411384.218计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院二、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介 1.半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构 译译码码驱驱动

11、动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路片选线片选线读读/写控制线写控制线 地地址址线线数数据据线线片选线片选线读读/写控制线写控制线（低电平写（低电平写 高电平读）高电平读）（允许读）（允许读）4.2CSCEWE（允许写）（允许写）WEOE19计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院存储芯片片选线的作用存储芯片片选线的作用 用用 16K 1位位 的存储芯片组成的存储芯片组成 64K 8位位 的存储器的存储器 32片片当地址为当地址为 65 535 时，此时，此 8 片的片选有效片的片选有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K1位位 8片片16K 1位位4.220计算机科学与技

12、术学院计算机科学与技术学院0,015,015,70,7 读读/写控制电路写控制电路 地地址址译译码码器器 字线字线015168矩阵矩阵07D07D 位线位线 读读/写选通写选通A3A2A1A02.半导体存储芯片的译码驱动方式半导体存储芯片的译码驱动方式(1)线选法线选法（161字字节节的存的存储储体）体）4.200000,00,7007D07D 读读/写写选通选通 读读/写控制电路写控制电路 21计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A3A2A1A0A40,310,031,031,31 Y 地址译码器地址译码器 X地地址址译译码码器器 3232 矩阵矩阵A9I/OA8A7A56AY0Y31X

13、0X31D读读/写写(2)重合法重合法（1K1位的存位的存储储体）体）4.200000000000,031,00,31I/OD0,0读读22计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院（1 1）半导体存储器）半导体存储器静态存储器静态存储器 利用利用双稳态触发器双稳态触发器存储信息存储信息集成度最高，但信息易失，需要定时刷新内容集成度最高，但信息易失，需要定时刷新内容速度快，非破坏性读出速度快，非破坏性读出用途：作主存。用途：作主存。动态存储器动态存储器 依靠依靠电容上的存储电荷电容上的存储电荷存储信息存储信息用途：高速缓存。用途：高速缓存。三、随机存取存储器三、随机存取存储器(RAM)23计算机

14、科学与技术学院计算机科学与技术学院半导体三极管半导体三极管 栅极栅极漏极漏极源极源极 只要栅极电压只要栅极电压 源级电压，那么漏极电压源级电压，那么漏极电压=源极源极电压，或者说三极管是导通的。电压，或者说三极管是导通的。栅极栅极漏极漏极源极源极24计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 三、随机存取存储器三、随机存取存储器(RAM)1.静态静态 RAM(SRAM)(1)静态静态 RAM 基本电路基本电路（P77）A 触发器非端触发器非端1T4T触发器触发器5TT6、行开关行开关7TT8、列开关列开关7TT8、一列共用一列共用A 触发器原端触发器原端T1 T4T5T6T7T8AA写放大器写放

15、大器写放大器写放大器DIN写选择写选择读选择读选择DOUT读放读放位线位线A位线位线A列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择4.2T1 T425计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院静态静态MOSMOS存储单元电路原理存储单元电路原理1.1.六管存储单元六管存储单元（1 1）组成）组成T T1 1、T T2 2：触发器记忆单元触发器记忆单元T T3 3、T T4 4：负载管负载管-电阻电阻T T5 5、T T6 6：控制门控制门Z Z：字线，选择存储单元字线，选择存储单元位线，完成读位线，完成读/写操作写操作W W、W W：（2 2）定义）定义“0 0”：T T1 1导通，导通，T T2

16、2截止；截止；“1 1”：T T1 1截止，截止，T T2 2导通。导通。说明：该存储单元电路利用说明：该存储单元电路利用MOS反相器交叉耦合而成的反相器交叉耦合而成的触发器来存放信息。触发器来存放信息。TccTccT T3 3T T1 1T T4 4T T2 2T T5 5T T6 6Z ZW WW WAA将负载管改为多晶硅电阻，目前将负载管改为多晶硅电阻，目前的的SRAM多为四管静态存储单元多为四管静态存储单元26计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院（3 3）工作）工作T T5 5、T T6 6Z Z：加高电平，加高电平，高、低电平，写高、低电平，写1/01/0。（4 4）保持）保持只

17、要电源正常，保证向导通管提供电流，便能维持一管只要电源正常，保证向导通管提供电流，便能维持一管导通，另一管截止的状态不变，导通，另一管截止的状态不变，称静态。称静态。导通，导通，选中该单元选中该单元。写入写入：在：在W W、W W上分别加上分别加读出：读出：根据根据W W、W W上有无上有无电流，读出电流，读出1/01/0。Z Z：加低电平，加低电平，T T5 5、T T6 6截止，该单元未选中，保持原状态截止，该单元未选中，保持原状态静态单元是非破坏性读出，读出后不需重写。静态单元是非破坏性读出，读出后不需重写。TccTccT T3 3T T1 1T T4 4T T2 2T T5 5T T6

18、 6Z ZW WW WAA27计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院AT1 T4T5T6T7T8A写放大器写放大器写放大器写放大器DIN写选择写选择读选择读选择读放读放位线位线A位线位线A列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择DOUT 静态静态 RAM 基本电路的基本电路的 读读 操作操作 行选行选 T5、T6 开开4.2T7、T8 开开列选列选读放读放DOUTAT6T8DOUT读选择有效读选择有效28计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院T1 T4T5T6T7T8AADIN位线位线A位线位线A 列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择写放写放写放写放读放读放DOUT写选择写选择读选择读

19、选择 静态静态 RAM 基本电路的基本电路的 写写 操作操作 行选行选T5、T6 开开 两个写放两个写放 DIN4.2列选列选T7、T8 开开（左）（左）反相反相T5A（右）（右）T8T6ADINDINT7写选择有效写选择有效T1 T429计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院(2)静态静态 RAM 芯片举例芯片举例 Intel 2114 外特性外特性 存储容量存储容量1K4 位位4.2I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSTCCGNDIntel 211430计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读 A3A4A5A6A7

20、A8A0A1A2A9150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.231计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一第一 组组第二组第

21、二组 第三组第三组 第四组第四组 00000000004.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读32计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读15031164732634833计算机科学与技术学院计算机科学与技术学

22、院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000150311647326348016483234计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 016301

23、5行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000001503116473263480164832第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读0163248CSWE35计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000第一组第一组 第二组第二组 第

24、三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)读读1503116473263480163248读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 016483236计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵

25、矩阵(64 64)读读1503116473263480163248读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0164832I/O1I/O2I/O3I/O437计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(6

26、4 64)写写38计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 00000000004.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写39计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 150311647326348150311647326348读写电路读写电路

27、 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000004.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写15031164732634840计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地

28、地址址译译码码I/O1I/O2I/O3I/O4WECS0000000000150311647326348WECS016483241计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写I/O1I/O2I/O3I/O4WECS150311647326348150311647326348读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码0000000000150311647326348I/O1I/O2I/O3I/O40

29、16483242计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组 第二组第二组 第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写I/O1I/O2I/O3I/O4WECS150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码0000000000150311647326348I/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 016483243计算机科学与技术学院计算机科学与技

30、术学院第一组第一组 第第 二组二组第三组第三组 第四组第四组 4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写I/O1I/O2I/O3I/O4WECS150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码0000000000150311647326348I/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 读写电路读写电路 016483244计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组第二组第二组第三组第三组第四组第

31、四组4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写写I/O1I/O2I/O3I/O4150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码WECS0000000000150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路I/O1I/O2I/O3I/O4016483245计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第一组第一组第二组第二组第三组第三组第四组第四组4.2 Intel 2114 RAM 矩阵矩阵(64 64)写

32、写I/O1I/O2I/O3I/O4150311647326348150311647326348读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163015行行地地址址译译码码列列地地址址译译码码WECS0000000000150311647326348I/O1I/O2I/O3I/O4读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路读写电路0163248016483246计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ACSDOUT地址有效地址有效 地址失效地址失效 片选失效片选失效 数据有效数据有效 数据稳定数据稳定 高阻高阻 (3)静态静态 RAM 读读 时序时序 tAtC

33、OtOHAtOTDtRC片选有效片选有效 4.2读周期读周期 t tRCRC 地址有效地址有效 下一次地址有效下一次地址有效读时间读时间 t tA A 地址有效地址有效数据稳定数据稳定 t tCOCO 片选有效片选有效数据稳定数据稳定t tOTDOTD 片选失效片选失效输出高阻输出高阻t tOHAOHA 地址失效后的地址失效后的 数据维持时间数据维持时间 47计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ACSWEDOUTDIN(4)静态静态 RAM(2114)写写 时序时序 tWCtWtAWtDWtDHtWR写周期写周期 t tWCWC 地址有效地址有效下一次地址有效下一次地址有效4.2写时间写时

34、间 t tW W 写命令写命令 WEWE 的有效时间的有效时间t tAWAW 地址有效地址有效片选有效的滞后时间片选有效的滞后时间t tWRWR 片选失效片选失效下一次地址有效下一次地址有效t tDWDW 数据稳定数据稳定 WE WE 失效失效t tDHDH WE WE 失效后的数据维持时间失效后的数据维持时间48计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院DD预充电信号预充电信号读选择线读选择线写数据线写数据线写选择线写选择线读数据线读数据线TCgT4T3T2T11(1)动态动态 RAM 基本单元电路基本单元电路 2.动态动态 RAM(DRAM)读出与原存信息相反读出与原存信息相反读出时数据线有

35、电流读出时数据线有电流 为为“1”数据线数据线CsT字线字线DDT0 10 11 0写入与输入信息相同写入与输入信息相同写入时写入时 CS 充电充电 为为“1”放电放电 为为“0”4.2T3T2T1T无电流无电流有电流有电流49计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院单元单元电路电路读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D行行地地址址译译码码器器001131311A9A8A7A6A531A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0(2)动态动态 RAM 芯片举例芯片举例 三管动态三管动态 RAM 芯片芯

36、片(Intel 1103)读读00000000000D0 04.2单元单元电路电路读读 写写 控控 制制 电电 路路50计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写4.251计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院111114.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1

37、103)写写A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线052计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0111114.2 三管动态三

38、管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写53计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线001000111114.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写54计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线

39、写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0111111010001 14.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写55计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0D111110100014.2 三管动态三管动态 RA

40、M 芯片芯片(Intel 1103)写写56计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0D111110100014.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写读读 写写 控控 制制 电电 路路57计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器

41、器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线0D111110100014.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写读读 写写 控控 制制 电电 路路58计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院A9A8A7A6A5读读 写写 控控 制制 电电 路路列列 地地 址址 译译 码码 器器读选择线读选择线写选择线写选择线D单元单元电路电路行行地地址址译译码码器器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器刷新放大器写写数数据据线线读读数数据据线线

42、0D111110100014.2 三管动态三管动态 RAM 芯片芯片(Intel 1103)写写读读 写写 控控 制制 电电 路路59计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院时序与控制时序与控制 行时钟行时钟列时钟列时钟写时钟写时钟 WERASCAS A6A0存储单元阵列存储单元阵列基准单元基准单元行行译译码码列译码器列译码器再生放大器再生放大器列译码器列译码器读读出出放放大大基准单元基准单元存储单元阵列存储单元阵列行行译译码码 I/O缓存器缓存器数据输出数据输出驱动驱动数据输入数据输入寄存器寄存器 DINDOUT行地址行地址缓存器缓存器列地址列地址缓存器缓存器 单管动态单管动态 RAM 41

43、16(16K 1 1位位)外特性外特性4.2DINDOUTA6A060计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 读放大器读放大器 读放大器读放大器 读放大器读放大器06364127128 根行线根行线Cs01271128列列选选择择读读/写线写线数据输入数据输入I/O缓冲缓冲输出驱动输出驱动DOUTDINCs 4116(16K 1位位)芯片芯片 读读 原理原理 读放大器读放大器 读放大器读放大器 读放大器读放大器4.2630 0 0I/O缓冲缓冲输出驱动输出驱动OUTD61计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 读放大器读放大器 读放大器读放大器 读放大器读放大器06364127128 根行

44、线根行线Cs01271128列列选选择择读读/写线写线数据输入数据输入I/O缓冲缓冲输出驱动输出驱动DOUTDINCs 4116(16K1位位)芯片芯片 写写 原理原理数据输入数据输入I/O缓冲缓冲I/O缓冲缓冲DIN读出放大器读出放大器 读放大器读放大器4.263062计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院(4)动态动态 RAM 刷新刷新 刷新与行地址有关刷新与行地址有关 集中刷新集中刷新（存取周期为存取周期为0.5 s s ）“死时间率死时间率”为为 128/4 000 100%=3.2%“死区死区”为为 0.5 s s 128=64 s s 周期序号周期序号地址序号地址序号tc0123

45、871 387201tctctctc3999T W01127读读/写或维持写或维持刷新刷新读读/写或维持写或维持3872 个周期个周期（1936 s s）128个周期个周期（64 s s）刷新时间间隔刷新时间间隔（2 ms）刷新序号刷新序号tcXtcY 4.2以以128 128 矩阵为例矩阵为例64计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院tC=tM +tR读写读写 刷新刷新无无“死区死区”分散刷新分散刷新（存取周期为存取周期为1 s ）(存取周期为存取周期为 0.5 s+0.5 s )4.2以以 128 128 矩阵为例矩阵为例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/

46、RW/RW/RW/R刷新间隔刷新间隔 128 个存取周期个存取周期65计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 分散刷新与集中刷新相结合（异步刷新）分散刷新与集中刷新相结合（异步刷新）对于对于 128 128 的存储芯片的存储芯片（存取周期为存取周期为 0.5 s s ）将刷新安排在指令译码阶段，不会出现将刷新安排在指令译码阶段，不会出现“死区死区”“死区死区”为为 0.5 s s 若每隔若每隔 15.6 s s 刷新一行刷新一行每行每隔每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次4.266计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 3.动态动态 RAM 和静态和静态 RAM 的比较的比较DRAMSRA

47、M存储原理存储原理集成度集成度芯片引脚芯片引脚功耗功耗价格价格速度速度刷新刷新电容电容触发器触发器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有无无主存主存缓存缓存4.267计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 四、只读存储器（四、只读存储器（ROM）1.掩模掩模 ROM(MROM)行列选择线交叉处有行列选择线交叉处有 MOS 管为管为“1”行列选择线交叉处无行列选择线交叉处无 MOS 管为管为“0”2.PROM(一次性编程一次性编程)TCC行线行线列列线线熔丝熔丝熔丝断熔丝断为为“0”为为“1”熔丝未断熔丝未断4.268计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 3.EPROM(多次性编程多

48、次性编程)(1)N型沟道浮动栅型沟道浮动栅 MOS 电路电路G 栅极栅极S 源源D 漏漏紫外线全部擦洗紫外线全部擦洗D 端加正电压端加正电压形成浮动栅形成浮动栅S 与与 D 不导通为不导通为“0”D 端不加正电压端不加正电压不形成浮动栅不形成浮动栅S 与与 D 导通为导通为“1”SGDN+N+P基片基片GDS浮动栅浮动栅SiO2+_ _ _ 4.269计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院控制逻辑控制逻辑Y 译码译码X 译译码码数据缓冲区数据缓冲区Y 控制控制128 128存储矩阵存储矩阵PD/ProgrCSA10A7A6A0DO0DO7112A7A1A0TSSDO2DO0DO1271624

49、13TCCA8A9TPPCSA10PD/ProgrDO3DO7(2)2716 EPROM 的逻辑图和引脚的逻辑图和引脚4.2PD/ProgrPD/Progr功率下降功率下降/编程输入端编程输入端 读出时读出时 为为 低电平低电平70计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 4.EEPROM(多次性编程多次性编程)电可擦写电可擦写局部擦写局部擦写全部擦写全部擦写5.Flash Memory(闪速型存储器闪速型存储器)比比 EEPROM快快4.2EPROM价格便宜价格便宜 集成度高集成度高EEPROM电可擦洗重写电可擦洗重写具备具备 RAM 功能功能71计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 用

50、用 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 1K 8位位 的存储器的存储器？片？片 五、存储器与五、存储器与 CPU 的连接的连接 1.存储器容量的扩展存储器容量的扩展(1)位扩展位扩展（增加存储字长）（增加存储字长）10根地址线根地址线8根数据线根数据线DDD0479AA021142114CSWE4.22片片72计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院(2)字扩展（增加存储字的数量）字扩展（增加存储字的数量）用用 1K 8位位 存储芯片组成存储芯片组成 2K 8位位 的存储器的存储器11根地址线根地址线8根数据线根数据线4.2？片？片2片片1K 8 8位位1K 8 8位位D7D0WEA1A0