内存与存储器管理xu.ppt
微机系统,徐承彬,一、存储器系统概述,第六章、内存与存储器管理,一、存储器系统概述,1、存储器的基本概念,（1）存储器,是存放程序和数据的部件,（2）存储介质,能表示二进制数1和0的物理器件,（3）存储元,存储1位二进制代码信息的器件,（4）存储单元,若干个存储元的集合,（5）存储体,若干个存储单元的集合,（6）地址,存储单元的编号,（7）存储容量,一个存储器中存储单元的总数,（8）存取时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间,2、存储器的分类,存储器,（1）按存储介质分类,半导体存储器,磁介质存储器,光盘存储器,（2）按访问方式分类,存储器,随机访问存储器,只读存储器,顺序访问存储器,直接访问存储器,（RAM）,（ROM）,（TAPE）,（DISK）,（3）按存储器的功能分类,存储器,高速缓冲存储器,主存,辅助存储器,控制存储器,二、存储器系统的层次结构,1、对存储器的要求,容量,速度,价格,系统中存储信息部件的特点,高缓存,主存,磁盘,磁带,寄存器,小,大,快,慢,高,低,为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构。即：,高缓存,主存,外存,2、多级的存储体系结构,3、各存储器之间的关系,CPU,寄存器组,Cache,主存,外存,主机,4、小结各存储器的作用,Cache,CPU,Cache,主存,外存,高速存取指令和数据,主存,存放计算机运行期间的大量程序和数据,外存,存放系统程序和大型数据文件及数据库,三、主存储器的组成与工作原理,1、存储单元电路,主存,半导体,RAM,ROM,双极型,MOS型,静态,动态,ROM,PROM,EPROM,EEPROM,（1）、存储单元电路的基本要求,具有两种稳定状态，用来表示二进制的 1 和 0,可以实现状态写入,可以实现状态读去,（2）、存储单元电路的工作原理,SRAM存储单元电路（六管单元电路）,MOS管功能,T1，T2：工作管,MOS管功能,T1，T2：工作管,T3，T4：负载管,MOS管功能,T1，T2：工作管,T3，T4：负载管,T5，T6：门控管,稳定状态,“1”：T1 截止，T2 导通,“0”：T2 截止，T1 导通,保持状态,字选线低电平，T5 和 T6截止，内部保持稳定,0,0,0,SRAM存储单元电路工作原理,读出,稳定状态：“1”：T1 截止，T2 导通“0”：T2 截止，T1 导通 保持状态：字选线低电平，T5 和 T6截止，内部保持稳定。,SRAM存储单元电路工作原理,读出,读出：输入条件：字选线高电平,1,1,1,SRAM存储单元电路工作原理,读出,如果原来保存信息是“1”，D线则“读出”了内部状态（A点电平）则为高，否则为低,1,1,1,“1”：T1 截止，T2 导通,“0”：T2 截止，T1 导通,SRAM存储单元电路工作原理,写入,稳定状态：“1”：T1 截止，T2 导通“0”：T2 截止，T1 导通 保持状态：字选线低电平，T5 和 T6截止，内部保持稳定。,SRAM存储单元电路工作原理,写入,写入：字选线高电平,SRAM存储单元电路工作原理,写入,写 1：D线高电平，D 线低电平,写 0：D线低电平，D 线高电平,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,Cs电容 Cd电容,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,Cs电容 Cd电容,Cs上有电荷表示 1,Cs上无电荷表示 0,保持状态：字选线低电平，T截止，理论上内部保持稳定状态,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,读出,读出时：D 线先预充电到 Vpre=2.5V，然后字选线高电平，T导通,1,2.5V,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,读出,若电路保存 信息1，Vcs=3.5V，电流方向从单元电路内部向外,1,3.5V,2.5V,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,读出,若电路保存信息 0，Vcs=0.0V，电流方向从外向单元电路内部,1,0V,2.5V,因此根据数据线上电流的方向可判断单元电路保存的是 1还是 0,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,写入,写入操作：D 线加高电平（1）或低电平（0）,字选择线置高电平，T导通,1,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,写入,写1时，D线高电平，对Cs充电,1,1,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路工作原理,写入,写0时，D线低电平，Cs放电,1,0,+,DRAM存储单元电路（单管单元电路）,DRAM存储单元电路的刷新问题,AMP,刷新由传感放大器在读出过程中同时完成。在D线上增加了传感放大器后读过程实际上就是一次刷新过程,T,Vd,Vpre=2.5V,读出1,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,读出1,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,读出1,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,读出0,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,读出0,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,读出0,AMP,T,Vd,Vpre=2.5V,AMP,结论：DRAM的读过程就是刷新过程,存储单元的符号表示,2、存储芯片内部结构,(1)存储芯片结构(一维地址结构),例如：10241,1024 个字单元，每个字单元 1 个二进制位,存储单元电路,字选择线,存储器地址,2、存储芯片内部结构,(2)二维地址结构,例如：（DRAM）：4096 4,4096 个字，每个字 4 位,行地址,列地址,64 X 256 存储单元矩阵行地址数与列地址数相等,3、存储芯片外特性,例：SRAM 40968 存储芯片,4096个字,12位,信号输入端A11A0,每个字8位,8位,片选信号输入端CS,双向接入端D7D0,读写信号输入端WE,四、存储器芯片的扩展,1、位扩展,基本思路：,（1）整个存储空间与存储芯片的地址空间一致,所以所需的地址总线也一样。但数据总线数量不一样,（2）确定每个芯片的地址管脚数、数据管脚数,（3）计算所需存储器芯片的数量确定每个存储器芯片在整个存储空间中的位空间范围,（4）所有芯片的地址管脚全部连接到地址总线对应的地址线上,（5）所有的存储芯片CS信号连在一起,（6）不同位空间的数据线连接到对应的数据总线上,（7）统一读写控制,例如：1K 4的SRAM存储芯片构造1K 8的存储器,CPU,1K 4,10位,A0A9,10,1K 4,4位,A0A9,A0A9,D0D3,4位,D0D3,4位,4位,片选CS,读写WE,D4D7,例:1K 4的SRAM存储芯片构造1K 8的存储器,
