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1、第五章 半导体存储器l l1 1 存储器简介存储器简介l l2 2 存储器的分类存储器的分类l l3 3 计算机存储结构计算机存储结构l l4 4 半导体存储器半导体存储器SRAMSRAM的结构的结构l l5 CPU5 CPU与存储器的连接（重点）与存储器的连接（重点）1 存储器简介 存储器的定义：存储器的定义：l l信息的载体。信息的载体。结绳记事结绳记事甲骨甲骨竹简竹简雕刻雕刻书画书画U U盘、硬盘、软盘盘、硬盘、软盘 、光盘。信息的存储是各种科学技术得以存在和发展的基础。、光盘。信息的存储是各种科学技术得以存在和发展的基础。五大类信息五大类信息 存储技术存储技术印刷存储技术（中国四大发明
2、）印刷存储技术（中国四大发明）缩微胶片存储技术（缩微胶片存储技术（18391839EnglandEngland）磁存储技术（磁存储技术（18981898DenmarkDenmark）半导体存储技术（半导体存储技术（2020世纪世纪6060年代）年代）光存储技术（光存储技术（2020世纪世纪7070年代）年代）l l计算机系统中专门用于存放一定量计算机系统中专门用于存放一定量 数字信息的器件。数字信息的器件。2 存储器的种类l l按按 介介 质质 与与 机机 理理 分分 类类机械式：打孔的带子机械式：打孔的带子磁介质：磁介质：光存储器：光存储器：LD, CD, DVDLD, CD, DVD半导体
3、存储器：集成电路半导体存储器：集成电路铁电存储器铁电存储器等等等等动态磁媒介动态磁媒介（有机械运动（有机械运动 ）静态磁媒介静态磁媒介（无机械运动（无机械运动 ）软硬磁盘软硬磁盘磁鼓磁鼓磁带磁带磁卡磁卡磁墨水磁墨水磁芯磁芯磁膜磁膜磁泡磁泡（老计（老计 算机内算机内 存）存）l l按存取方按存取方 式分类式分类SAMSAM：顺序存取存储器顺序存取存储器DAMDAM：直接存取存储器直接存取存储器AMAM：关联存取存储器关联存取存储器2 2 存储器的种类存储器的种类l l按计算机按计算机 体系结构体系结构 分类分类微程序控制存储器微程序控制存储器变址存储器变址存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器主存主
4、存辅助存储器辅助存储器后备存储器后备存储器2 2 存储器的种类存储器的种类l l半半 导导 体体 存存 储储 器器 分分 类类ROMROM( (只读，非易只读，非易 失性失性) )RAMRAM( (随机，读写随机，读写 同速，易失同速，易失) )MASK ROMMASK ROMPROMPROMEPROMEPROMEEPROMEEPROMFLASH ROMFLASH ROM 动态随机存储器需要刷新动态随机存储器需要刷新 电路，静态不需要电路，静态不需要速度：速度：SRAMDRAMSRAMDRAM集成度：集成度：SRAMDRAMSRAMDRAM单格：单格：SRAMDRAMSRAMDRAMSRAMS
5、RAM静态随机存储器静态随机存储器DRAMDRAM动态随机存储器动态随机存储器3 计算机存储器结构l l一台计算机存储最基本的存储要求一台计算机存储最基本的存储要求 1. 1.用以暂时保存被处理的程序，数据，中间结果和用以暂时保存被处理的程序，数据，中间结果和 最后结果的内存能力最后结果的内存能力 2. 2.用以永久记录某些结果和程序以便将来再使用的用以永久记录某些结果和程序以便将来再使用的 外存能力外存能力同时对两项同时对两项 能力的技术能力的技术 指标是指标是高速度高速度 nsns级级大容量大容量 GG级级低成本低成本 affordableaffordable高可靠性高可靠性解决之道l l
6、从物理低端解决问题，工艺，技术上提升从物理低端解决问题，工艺，技术上提升4 4项指标项指标 。l l从存储体系结构上解决问题。从存储体系结构上解决问题。l l存储时序上存储时序上并行：一次访问多个存储单元并行：一次访问多个存储单元交叉访问：访问一片存储单元，流水交叉访问：访问一片存储单元，流水 线工作线工作虚拟存储器技术虚拟存储器技术原理图原理图计算机存储器结构图寄存器堆高速缓冲存储器主存储器联机外部存储器脱机外部存储器存存 储储 容容 量量 递递 增增 单单 位位 价价 格格 递递 减减CPUCPU访访问问速速度度递递增增CPUCPU内部内部寄存器堆主存储器外部存储器CPUCPU内部内部 微
7、机微机 主板主板 上上80888088微机存储结构微机存储结构4 半导体存储器SRAM内部结构存储矩阵存储矩阵2 2n nNN三三 态态 缓缓 冲冲 器器地地 址址 译译 码码 器器控制逻辑控制逻辑地地 址址 总总 线线数数 据据 总总 线线CS WR RDCS WR RD 存储矩阵存储矩阵 存储矩阵存储矩阵：存放：存放1 1，0 0单位存储单元的有机组合单位存储单元的有机组合 （每（每n n位分配一个地址，位分配一个地址，n n称为字长）称为字长）存储矩阵的容量一般表示如下存储矩阵的容量一般表示如下 ：2 2101088 每每8 8个存储位分配一个存储位分配一 个地址，每个地址对应个地址，每
8、个地址对应8 8 位存储位。位存储位。 8 8个存储位并行，要个存储位并行，要 求求8 8根数据线。根数据线。共有地址共有地址2 21010个，即个，即1 1KK 个地址空间。个地址空间。 地址译码器地址译码器 地址译码电路的功能是根据地址选中地址译码电路的功能是根据地址选中 相应的存储单元，将其与数据总线连通。相应的存储单元，将其与数据总线连通。两种内部译码方式两种内部译码方式 ： 单译码单译码：1 1个地址空间对应个地址空间对应1 1根地根地 址选中线。址选中线。双译码双译码：1 1根地址线可选中根地址线可选中1 1行或行或1 1 列地址空间，当要选择列地址空间，当要选择1 1个地址空间时
9、个地址空间时 需要需要2 2根地址线交叉选中。根地址线交叉选中。 三态缓冲电路三态缓冲电路 三态缓冲电路实现数据传输的双向放三态缓冲电路实现数据传输的双向放 大，双向驱动，与格式转换。大，双向驱动，与格式转换。 控制逻辑电路控制逻辑电路 存储器的控制信号主要包括片选（当存储器的控制信号主要包括片选（当 片选无效时，数据总线浮空，存储器不工片选无效时，数据总线浮空，存储器不工 作），读写方向，作），读写方向，DRAMDRAM刷新。刷新。5 CPU与存储器的连接l lCPUCPU时序与存储器时序的配合时序与存储器时序的配合l lCPUCPU总线的负载能力总线的负载能力l l存储器的组成存储器的组成
10、l l存储芯片地址的分配存储芯片地址的分配 存储器的组成存储器的组成 多片存储器芯片共同组合在一起为多片存储器芯片共同组合在一起为 CPUCPU提供一定的内存空间，有时是每片存提供一定的内存空间，有时是每片存 储芯片各获得一段内存地址。有时是多片储芯片各获得一段内存地址。有时是多片 存储芯片共用一段内存地址。存储芯片共用一段内存地址。按位扩展按位扩展按字扩展按字扩展混合扩展混合扩展共用地址线，共用地址线，P137P137页，图页，图5 56 6共用数据线，共用数据线，P139P139页，图页，图5 58 8P138P138页，图页，图5 57 7 存储芯片地址的分配存储芯片地址的分配 每组存储
11、芯片地址和每组存储芯片地址和CPUCPU低地址连接。低地址连接。利用剩余所有高位地址译码后连接不同芯片利用剩余所有高位地址译码后连接不同芯片 组的片选，当前只选择一组存储芯片工作。组的片选，当前只选择一组存储芯片工作。其优点是能保证每组存储芯片的地址不重叠其优点是能保证每组存储芯片的地址不重叠 （即每个地址单元只能使用一个唯一的地址来（即每个地址单元只能使用一个唯一的地址来 访问）而且每组存储芯片所占地址连续。访问）而且每组存储芯片所占地址连续。全译码：全译码：每组存储芯片地址和每组存储芯片地址和CPUCPU低地址连接。低地址连接。只利用部分高位地址（或不用）译码连接不只利用部分高位地址（或不
12、用）译码连接不 同芯片组的片选。同芯片组的片选。其优点是译码电路简单，但会导致地址重叠其优点是译码电路简单，但会导致地址重叠 （即每个地址单元可以用不同的地址来访问）（即每个地址单元可以用不同的地址来访问）部分译码：部分译码：存储地址译码电路存储地址译码电路 7474LS138LS138经常用来作为存储器的译码电路经常用来作为存储器的译码电路 。G1C B AY7Y0有效输出0 0 10 0 01 1 1 1 1 1 1 0Y00 0 10 0 11 1 1 1 1 1 0 1Y10 0 10 1 01 1 1 1 1 0 1 1Y20 0 10 1 11 1 1 1 0 1 1 1Y30 0
13、 11 0 01 1 1 0 1 1 1 1Y40 0 11 0 11 1 0 1 1 1 1 1Y50 0 11 1 01 0 1 1 1 1 1 1Y60 0 11 1 10 1 1 1 1 1 1 1Y7其他值 1 1 1 1 1 1 1 1无效7474LS138LS138的真值的真值例：例：4 4KB KB RAMRAM的连接（用的连接（用RAMRAM芯片芯片 21142114组成）组成） （1 1）已知）已知21142114的容量为：的容量为：1024410244；计算；计算 出所需的芯片数出所需的芯片数 （2 2）构成数据总线所需的位数和系统所）构成数据总线所需的位数和系统所 需的
14、容量需的容量 （3 3）控制线，数据线，地址线的连接：）控制线，数据线，地址线的连接： 有线选方式、局部译码选择方式和全局有线选方式、局部译码选择方式和全局 译码选择方式之分。译码选择方式之分。用用21142114芯片组成芯片组成4 4K RAMK RAM线选控制译码结构图线选控制译码结构图A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A13 A12 A11 A10 A9
15、A0 D7D0 WE RD 地址分配地址分配用用21142114芯片组成芯片组成4 4K RAMK RAM局部译码结构图局部译码结构图A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 译 码 器 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A15 A12 A11 A10 A9A0 IO/M CPU WE D7D0 地址分配地址分配2/4 2/4 译码译码用用21142114芯片组成芯片组成4 4K RAMK RAM全局译码结构图全局译码结构图A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 6：64 译 码 器 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE
