存储器系统课件.pptx

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1、存储器系统课件存储器系统课件2第第5 5章章 存储器系统存储器系统5、1 存储器件得分类存储器件得分类(掌握掌握)按存储介质分类按存储介质分类按读写策略分类按读写策略分类5、2 半导体存储芯片得基本结构与性能指标半导体存储芯片得基本结构与性能指标(掌握掌握)随机存取存储器随机存取存储器只读存储器只读存储器存储器芯片得性能指标存储器芯片得性能指标5、3 存储系统得层次结构存储系统得层次结构(掌握掌握)存储系统得分层管理存储系统得分层管理虚拟存储器与地址映射虚拟存储器与地址映射现代计算机得多层次存储体系现代计算机得多层次存储体系5、4 主存储器设计技术主存储器设计技术(掌握掌握)存储芯片选型存储芯

2、片选型存储芯片得组织形式存储芯片得组织形式地址译码技术地址译码技术存储器接口设存储器接口设计计 5 5、1 1 存储器分类存储器分类n1 1、内存储器和外存储器来分类内存储器和外存储器来分类u内存储器内存储器 半导体存储器半导体存储器u外存储器外存储器 磁存储器和光存储器磁存储器和光存储器 n2 2、按存储载体材料分类按存储载体材料分类u半导体材料半导体材料 半导体存储器半导体存储器:TTLTTL型、型、MOSMOS型型、ECLECL型、型、I I2 2L L型等型等u磁性材料磁性材料 磁带存储器、软磁盘存储器和硬磁带存储器、软磁盘存储器和硬磁盘存储器等磁盘存储器等u光介质材料光介质材料 CD

3、-ROM CD-ROM、DVDDVD等等3存储器分类存储器分类n3 3、按存储器得读写功能分类按存储器得读写功能分类 u读写存储器读写存储器RAM RAM、只读存储器、只读存储器ROMROMn4 4、按数据存储单元得寻址方式分类按数据存储单元得寻址方式分类u随机存取存储器随机存取存储器RAM RAM、顺序存取存储器顺序存取存储器SAM SAM、直接存直接存取存储器取存储器DAM DAM n5 5、按半导体器件原理分类按半导体器件原理分类u晶体管逻辑存储器晶体管逻辑存储器TTL TTL、发射极耦合存储器发射极耦合存储器ECL ECL、单单极性器件存储器极性器件存储器MOSMOSn6 6、按存储原

4、理分类按存储原理分类 u随机存取存储器随机存取存储器RAM RAM、仅读存储器、仅读存储器ROMROMn7 7、按数据传送方式分类按数据传送方式分类 u并行存储器并行存储器PMPM、串行存储器、串行存储器SMSM45、1、1 存储器分类存储器分类双极型：双极型：MOS型型掩膜掩膜ROM 一次性可编程一次性可编程PROM紫外线可擦除紫外线可擦除EPROM 电可擦除电可擦除E2PROM 快闪存储器快闪存储器FLASH易失性易失性 存储器存储器非易失非易失性存储性存储器器静态静态SRAM 动态动态DRAM存取速度快存取速度快,但集成度低但集成度低,一般用于大一般用于大型计算机或高速微机得型计算机或高

5、速微机得Cache;速度较快速度较快,集成度较低集成度较低,一般一般用于对速度要求高、而容用于对速度要求高、而容量不大得场合量不大得场合(Cache)集成度较高但存取速度集成度较高但存取速度较低较低,一般用于需较大容一般用于需较大容量得场合量得场合(主存主存)。半导体半导体存储器存储器磁介质存储器磁介质存储器 磁带磁带、软磁盘、硬磁盘（软磁盘、硬磁盘（DA、RAID）光介质存储器光介质存储器 只读型、一次写入型、多次写入型只读型、一次写入型、多次写入型 5按存储器介质按存储器介质5、1、2 按按不同得读写策略不同得读写策略分类分类一.一.数据访问方式数据访问方式u并行存储器并行存储器(Para

6、llel Memory)u串行存储器串行存储器(Serial Memory)二.二.数据存取顺序数据存取顺序 1.随机存取随机存取(直接存取直接存取)可按地址随机访问可按地址随机访问;访问时间与地址无关访问时间与地址无关;2.顺序存取顺序存取(先进先出先进先出)FIFO、队列、队列(queue)3.堆栈存储堆栈存储先进后出先进后出(FILO)/后进先出后进先出(LIFO);向下生成和向上生成向下生成和向上生成;实栈顶实栈顶SS、堆栈指针、堆栈指针SP;6堆栈得生成方式堆栈得生成方式7堆栈建立与操作示例堆栈建立与操作示例堆栈堆栈段起段起始地始地址址栈底栈底及及初始初始栈顶栈顶(a)向下生成堆栈得

7、向下生成堆栈得建立及初始化建立及初始化(b)入栈操作入栈操作(实实栈顶栈顶)(c)出栈操作出栈操作(实实栈顶栈顶)地址地址 存储单元存储单元10200H10202H10204H10206H10208H1020AH1020CH10230H 00 11 SS 10 20 SP初值初值 00 30栈顶栈顶PUSH AX 12 34PUSH BX 1A B110200H10202H10204H10206H10208H1022CH1022EH10230H 00 11 SS 10 20 SP 00 30栈栈底底堆栈堆栈段起段起始地始地址址12 341A B1 00 2E 00 2CPOP AXPOP BX

8、10200H10202H10204H10206H10208H1022CH 1A B11022EH 12 3410230H 00 11 SS 10 20 SP 00 2C(栈底栈底)堆栈堆栈段起段起始地始地址址00 2E 00 30 1A B1 12 348/4285 5、2 2 半导体存储器结构半导体存储器结构n地址译码器地址译码器:接收来自接收来自CPUCPU得得n n位地址位地址,经译码后产生经译码后产生2 2n n个地址选择信号个地址选择信号,实现对片内存储单元得选址实现对片内存储单元得选址n控制逻辑电路控制逻辑电路:接收片选信号接收片选信号CSCS及来自及来自CPUCPU得读得读/写控

9、制信号写控制信号,形成芯片形成芯片内部控制信号内部控制信号,控制数据得读出和写入。控制数据得读出和写入。n数据缓冲器数据缓冲器:寄存来自寄存来自CPUCPU得写入数据或从存储体内读出得数据。得写入数据或从存储体内读出得数据。n存储体存储体:存储体就是存储芯片得主体存储体就是存储芯片得主体,由基本存储元按照一定得排列规由基本存储元按照一定得排列规律构成律构成9地地址址译译码码器器存储存储矩阵矩阵数数据据缓缓冲冲器器012n-101m控制控制逻辑逻辑CSR/Wn位位地址地址m位位数据数据读读 写写 控控 制制 逻逻 辑辑R/WCE数数据据缓缓冲冲 器器（三（三 态态 双双 向）向）d0d1dN-1

10、D0D1DN-15、2、1 RAM芯片得组成与结构芯片得组成与结构(一一)1.该该RAM芯片外部共有地址线芯片外部共有地址线 L 根根,数据线数据线 N 根根;2.该类芯片内部采用单译码该类芯片内部采用单译码(字译码字译码)方式方式,基本存储单元排列成基本存储单元排列成M*N得长得长方矩阵方矩阵,且有且有M=2L得关系成立得关系成立;字线字线0字线字线M-10,00,N-1M-1,0M-1,N-1地地址址译译码码器器a0a1aM-1A0A1AL-1地地址址寄寄存存器器D0DN-1位位线线0位位线线N-1存储芯片容量标为存储芯片容量标为“M*N”(bit)D0DN-1地址线地址线数据线数据线控制

11、线控制线10RAM芯片得组成与结构芯片得组成与结构(二二)1.该该RAM芯片外部共有地址线芯片外部共有地址线 2n 根根,数据线数据线 1 根根;2.该类芯片内部一般采用双译码该类芯片内部一般采用双译码(复合译码、重合选择复合译码、重合选择)方式方式,基本存储单元基本存储单元排列成排列成N*N 得正方矩阵得正方矩阵,且有且有M=22n=N2 得关系成立得关系成立;0,00,N-1N-1,0N-1,N-1D0D0DN-1DN-1Y0YN-1Y 地地 址址 译译 码码 器器Y 地地 址址 寄寄 存存 器器AnAn+1A2n-1X地地址址译译码码器器X0X1XN-1A0A1An-1X地地址址寄寄存存

12、器器DD数数据据缓缓冲冲 器器（三（三 态态 双双 向）向）D0读写控制读写控制存储芯片容量标为存储芯片容量标为“M*1”(bit)数据线数据线控制线控制线地址线地址线11静态静态RAM得六管基本存储单元得六管基本存储单元集成度低集成度低,但速度快但速度快,价格高价格高,常用做常用做Cache。1.T1和和T2组成一个双稳态组成一个双稳态触发器触发器,用于保存数据。用于保存数据。T3和和T4为负载管。为负载管。2.如如A点为数据点为数据D,则则B点为点为数据数据/D。T1T2ABT3T4+5VT5T63.行选择线有效行选择线有效(高电高电 平平)时时,A、B处得数据信息处得数据信息通过门控管通

13、过门控管T5和和T6送至送至C、D点。点。行选择线行选择线CD列选择线列选择线T7T8I/OI/O4.列选择线有效列选择线有效(高电高电 平平)时时,C、D处得数据信息处得数据信息通过门控管通过门控管T7和和T8送至送至芯片得数据引脚芯片得数据引脚I/O。12动态动态RAM得单管基本存储单元得单管基本存储单元集成度高集成度高,但速度较慢但速度较慢,价价格低格低,一般用作主存。一般用作主存。行选择线行选择线T1B存存储储电电容容CA列选列选择线择线T2I/O1.电容上存有电荷时电容上存有电荷时,表示存储表示存储数据数据A为逻辑为逻辑1;2.行选择线有效时行选择线有效时,数据通过数据通过T1送至送

14、至B处处;3.列选择线有效时列选择线有效时,数据通过数据通过T2送至芯片得数据引脚送至芯片得数据引脚I/O;4.为防止存储电容为防止存储电容C放电导致数放电导致数据丢失据丢失,必须定时进行刷新必须定时进行刷新;5.动态刷新时行选择线有效动态刷新时行选择线有效,而而列选择线无效。列选择线无效。(刷新就是逐刷新就是逐行进行得。行进行得。)刷新放大器刷新放大器14静态静态RAM芯片得引脚特性芯片得引脚特性 6264 VCC WE CE2 A8 A9 A11 OE A10 CE1 I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28

15、27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 GND A0A12 I/O0I/O12 CE1 CE2 WE OE 地址线 双向数据线 片选线1 片选线2 写允许线 读允许线 从三总线得角度看从三总线得角度看:1、地址线数目地址线数目A、数、数据线数目据线数目D与芯片容量与芯片容量(MN)直接相关直接相关:2A=MD=N2、控制信号应包括控制信号应包括:片选信号和读片选信号和读/写信号写信号所以所以,6264容量容量:21388K8可见可见6264为为RAM芯片芯片715/

16、4215 产品出厂时存得全就是产品出厂时存得全就是1 1,用户可一次性写入用户可一次性写入,即把某些即把某些1 1改为改为0 0。但只能一次编程。但只能一次编程。存储单元多采用熔丝低存储单元多采用熔丝低熔点金属或多晶硅。写入时熔点金属或多晶硅。写入时设法在熔丝上通入较大得电设法在熔丝上通入较大得电流将熔丝烧断。流将熔丝烧断。编程时编程时VCC和和字线电压提高字线电压提高5、2、2 可编程只读存储器可编程只读存储器PROM16紫外线可擦除紫外线可擦除ROM(UVEPROM)擦除擦除:用紫外线或用紫外线或X X射线擦射线擦除。需除。需20302030分钟。分钟。缺点缺点:需要两个需要两个MOSMOS管管;编编程电压偏高程电压偏高;P P沟道管得开关沟道管得开关速度低。速度低。浮栅上电荷可长期保存浮栅上电荷可长期保存在在125125环境温度下环境温度下,70%70%得电荷能保存得电荷能保存1010年以上。年以上。17写入（写写入（写0 0）擦除（写擦除（写1 1）读出读出 特点特点:擦除和写入均利用隧道效应。擦除和写入均利用隧道效应。浮栅与漏区间得氧化物层极薄浮栅与漏区间得氧化物层极薄(20