計(jì)算機(jī)硬件第5章內(nèi)部存儲(chǔ)器

III|HIHlP/N:71.73350.034

計(jì)IIBIIIIIIllillS/N:2300182-00708

128MBPC133Anacer

WA?RAHTvVOIDWLMIELRtMOVtO

1

，.-E二.基二.二?二?三弋?一.t?y*『一P…尸.■尸

liiiiiini^liiiiiiuiiiiiiiiiiiiuiiiiiitAiiiiiiiihiiniiiiiiiiihiiiiiiiiitiifiiiiii-

機(jī)

硬

件第五章內(nèi)部存儲(chǔ)器

救

術(shù)5.1存儲(chǔ)系統(tǒng)概述

5.2內(nèi)部存儲(chǔ)器的作用及其分類

基5.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理

砒5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

5.5內(nèi)存的管理

作業(yè)：1、2、3、4、5、7

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(lái)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

速度快

CPU

容量小

微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)寄存器

L1級(jí)

的層次結(jié)構(gòu)高速緩存

L2級(jí)

高速緩存

主存儲(chǔ)器速度慢

內(nèi)部存儲(chǔ)器T容量大

外部存儲(chǔ)器1外部存儲(chǔ)器（磁盤、光盤、磁帶等）

5.2內(nèi)部存儲(chǔ)器的作用及其分類

通

通

過(guò)

過(guò)

接

總

。。OOOOo

口

線o

Co

o

外存中央o

數(shù)據(jù)傳輸速度慢數(shù)據(jù)傳輸速度快o

儲(chǔ)器處理器O

o

O

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)。

5.2.2內(nèi)存的分類

半,動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)

導(dǎo)隨機(jī)存儲(chǔ)器

(RAM:Random

體L靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)

AccessMemory)

存＜可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)

儲(chǔ)只讀存儲(chǔ)器可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)

器(ROM:Read<

OnlyMemory)電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)

(閃爍存儲(chǔ)器(FlashMemory)

DRAM:DynamicRAM

SRAM:StaticRAM

PROM:ProgrammableROM

EPROM:ErasablePROM

EEPROM:ElectricallyEPROM

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O

以字節(jié)（B:Byte）為單位。

1KB=210=1024B

1MB=220=1024KB=1,048,576B

1GB=230=1024MB=1,048,576KB=1,073,741,824B

-

/

H

l＞速度：讀取時(shí)間二存儲(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，

一般單位宓ns（1CP秒）。

~

/■DRAM芯片：一般為幾十ns。目前由DRAM芯片構(gòu)成

H

l

-—的內(nèi)存條（模塊）：突發(fā)傳送模式下讀寫速度可以達(dá)到

1

2nso出口DDR400的極限速度為2.5ns。

■SRAM芯片：幾個(gè)?十幾ns。

/~

H

l

l帶寬：（存儲(chǔ)器位數(shù)/8）X讀取速度峰值，單位為MB/S。

5.2.3內(nèi)存的主要技術(shù)指標(biāo)

A錯(cuò)誤校驗(yàn)：內(nèi)存在讀寫過(guò)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PaAty、ECC和SPD

■奇偶校驗(yàn)(Paiity)：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、歹1

地址帶寬等參數(shù)信息。當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)PC的BIOS修自動(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))。

5.3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RAM

>SRAM工作原理

SRAM基本存儲(chǔ)電路單元：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

□

與非門特性

輸

入D-Q

oO10/1

O11ck

1O1

11O

5.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理

DE-口0~口7

0使能

DR/W讀/寫

1

D

2

D3

D4

D5

D6

D7

ckR/W存儲(chǔ)陣列

寄

存

器

5.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成及工作原理

實(shí)際的CMOS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：和丁2構(gòu)成觸發(fā)器，丁3和丁4

分別作為和丁2的負(fù)載電阻。截止而丁2導(dǎo)通時(shí)的狀態(tài)稱

-為為"。相反的狀態(tài)稱為“0”。

-I7

選擇線

/■讀出：置選擇線為高電

nI

"平，使T5和T6導(dǎo)通，從

-J7I/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

nl/

"?入數(shù)據(jù)使I/O線呈相應(yīng)電

-17

~

n</

?

-7?

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。

r

m

-ADO

地

AO?

址雙向

Al?>D1

譯緩沖

器

碼存儲(chǔ)陣列

7器

3

-

控制邏輯

-

M/TCE

-lA0~AM_I：地址線RD/WROE

-

Do?DN*數(shù)據(jù)線

CEOER/WAiDi

RD/WR:讀寫控制0XXXX無(wú)操作

-寫地址

/OE:輸出允許1X0寫數(shù)據(jù)寫

CE:片選111讀地址讀數(shù)據(jù)讀

DRAM的工作原理

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

4

J輯“I”，沒(méi)有電荷時(shí)，為邏輯“0”。

-

>

/

\

k

x

^由于電容器存行選擇信號(hào)

/~———

H在漏電，因此需要

u

-定期對(duì)電容器充——T

電刷新，即每TT

隔一定時(shí)間列刷新放大器c

/-

選l

H（一般2ms左右）就

I擇

-

要刷新一次。信

/號(hào)

I

k

v數(shù)據(jù)輸入輸出線

^

/-

H

l

-

7

DRAM的結(jié)構(gòu)

1

-/I7J

0\n

^\xr

/^

nI

-

/

o\

^\

?/?

?1

/

c\

^\地址總線數(shù)據(jù)總線

/

uf

?

I2116:16Kxi位DRAM芯片

(/

blRA^RA:和J新地址Ao~A13：總線地址

^\06

/~RAS:行地址選通CAS:列地址選通

n<

-?

.

DRAM的讀寫時(shí)序

，JVC3s4■工X

□AC___M

DRAM密存

CAS

/

A鎖存

l

-讀出時(shí)序

—X欣址XX列地址X

而匚一彳

DOUT

-

/D-

I

—

-

>

/RAS

(

bDRAM_頓存

\

^CAS-

/-

I寫入時(shí)序

l

-~卜地址「我儺址

>

fWE=1

(

h

\

^

[:有效與入最質(zhì)

/-

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

—

■—1'特點(diǎn)：

一

I■結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以位密度高。

4■具有非易失性，所以可靠性高。

/?

1k■讀速度慢。

1

-ROM可以分為5種：

??，1.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，

/^

nf掩膜ROM制成后，不能修改。

?

I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

i"速度快、功耗大，適用于速度較高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

n/

i

.?

5.3.2只讀存儲(chǔ)器——ROM

2.PROM——可編程ROM

PROM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ROM

EPROM通過(guò)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(kāi)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(guò)電信號(hào)全部或部分擦除，能完成在線編程。通過(guò)

程序方式可實(shí)現(xiàn)讀寫，但其讀寫速度比RAM慢的多。

5.3.2只讀存儲(chǔ)器——ROM

5.FlashMemory閃爍存儲(chǔ)器

f屬于EEPROM的改進(jìn)產(chǎn)品。新一帶的非易失存儲(chǔ)器。

n

-特點(diǎn)：

F

，

，■一般容量比其他類型ROM大的多，集成度高；

■內(nèi)部為分頁(yè)結(jié)構(gòu)（一般1頁(yè)512字節(jié)），寫入之前必須

-

/

m整頁(yè)擦除，信息只能由1寫為0。

-

F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(lái)保存BIOS程序。

-將逐步取代其他類型的ROM。

/

m和硬盤相比：抗震、無(wú)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。

/

I

5.3.3內(nèi)部存儲(chǔ)器的組成

主存儲(chǔ)器的基本構(gòu)成:

r

lH

-

^

>n

(J

xk

7

「

-

7

、

-

讀

^寫

>

驅(qū)

/存儲(chǔ)陣列動(dòng)

電

k路

\

7

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)

r

m

-展：

并聯(lián)擴(kuò)展

地

2222列地址選通CAS

75555址?列地址鎖存器

36666

-KKKK

XXXX行地址選通RAS

4444列地址譯碼器

-

行

M/行

地

-l地址串聯(lián)擴(kuò)展地

址

-址

鎖

64Kxi6譯存儲(chǔ)器陣列

存

碼

器

64Kxi6器

-64Kxi6

/

64KX16

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。

8片32M/8位組成256MB的存儲(chǔ)器模塊

3232323232323232

MXMXMXMXMXMXMXMX影射到系統(tǒng)’

8位8位8位8位8位8位8位8位

256

8片16IW16位組成256MB的存儲(chǔ)器模塊MB

存儲(chǔ)

16M16M16M16M空間

X16位X16位X16位X16位

16M16M16M16M影射到系統(tǒng)’

X16位X16位X16位X16位

64位模塊位寬

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

DRAM30SIMM8256K~4M5286/386/486

FPMDRAM72SIMM324~32M5486/Pentium

EDODRAM72SIMM324~32M5Pentium

SDRAM168DIMM6432~256M3.3Pentium

RambusDRAM184RIMM1664M-1G2.5Pentium

DDRSDRAM184DIMM64128~512M2.5Pentium

DDR2SDRAM240DIMM64256M-1G1.8Pentium

SIMM:SingleIn-lineMemoryModuleFPM:FastPageMode

DIMM:DualIn-lineMemoryModuleEDO:ExtendedDataOut

RIMM:RambusIn-lineMemoryModuleDDR:DoubleDataRate

5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

FPMDRAM:存儲(chǔ)器模塊中的一行稱為一頁(yè)，在一頁(yè)內(nèi)的

連續(xù)訪問(wèn)時(shí)，第一次訪問(wèn)送出行地址和列地址，在后續(xù)的連

續(xù)訪問(wèn)只送出列地址，而被鎖存在存儲(chǔ)器的行地址鎖存器。

可以提高連續(xù)地址訪問(wèn)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)

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。

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。

5.4內(nèi)存的工作模式及主流技術(shù)

木亥心頻率時(shí)鐘頻率數(shù)據(jù)傳洞率

lOOMHz200MHz4OOMbps