主存儲(chǔ)器部件的組成與設(shè)計(jì)
出處:computer00 發(fā)布于:2008-08-30 13:48:48
主存儲(chǔ)器概述
?。ǎ保┲鞔鎯?chǔ)器的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)
◎讀寫(xiě)速度:常常用存儲(chǔ)周期來(lái)度量,存儲(chǔ)周期是連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作(如讀操作)所必需的時(shí)間間隔。
◎存儲(chǔ)容量:通常用構(gòu)成存儲(chǔ)器的字節(jié)數(shù)或字?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)量。
?。ǎ玻┲鞔鎯?chǔ)器與CPU及外圍設(shè)備的連接
是通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)進(jìn)行連接,見(jiàn)下圖
主存儲(chǔ)器與CPU的連接

◎地址總線(xiàn)用于選擇主存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元,若地址總線(xiàn)的位數(shù)k,則可尋址空間為2k。如k=20,可訪(fǎng)問(wèn)1MB的存儲(chǔ)單元。
◎數(shù)據(jù)總線(xiàn)用于在計(jì)算機(jī)各功能部件之間傳送數(shù)據(jù)。
◎控制總線(xiàn)用于指明總線(xiàn)的工作周期和本次輸入/輸出完成的時(shí)刻。
(3)主存儲(chǔ)器分類(lèi)
◎按信息保存的長(zhǎng)短分:ROM與RAM
◎按生產(chǎn)工藝分:靜態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器
靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM):讀寫(xiě)速度快,生產(chǎn)成本高,多用于容量較小的高速緩沖存儲(chǔ)器。
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM):讀寫(xiě)速度較慢,集成度高,生產(chǎn)成本低,多用于容量較大的主存儲(chǔ)器。
靜態(tài)存儲(chǔ)器與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器主要性能比較如下表:
靜態(tài)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片特性比較
?。樱遥粒汀。模遥粒?/FONT>
存儲(chǔ)信息 觸發(fā)器 電容
破壞性讀出 非 是
需要刷新 不要 需要
送行列地址 同時(shí)送 分兩次送
運(yùn)行速度 快 慢
集成度 低 高
發(fā)熱量 大 小
存儲(chǔ)成本 高 低
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的定期刷新:在不進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí),DRAM 存儲(chǔ)器的各單元處于斷電狀態(tài),由于漏電的存在,保存在電容CS 上的電荷會(huì)慢慢地漏掉,為此必須定時(shí)予以補(bǔ)充,稱(chēng)為刷新操作。
2、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的記憶原理和讀寫(xiě)過(guò)程
?。ǎ保﹦?dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的組成:由單個(gè)MOS管來(lái)存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。信息存儲(chǔ)在MOS管的源極的寄生電容CS中。

◎?qū)憯?shù)據(jù)時(shí):字線(xiàn)為高電平,T導(dǎo)通。
寫(xiě)“1”時(shí),位線(xiàn)(數(shù)據(jù)線(xiàn))為低電平,?。郑模模?a target="_blank">電源)將向電容充電
寫(xiě)“0時(shí),位線(xiàn)(數(shù)據(jù)線(xiàn))為高電平, 若電容存儲(chǔ)了電荷,則將會(huì)使電容完成放電,就表示存儲(chǔ)了“0”。
◎讀數(shù)據(jù)時(shí):先使位線(xiàn)(數(shù)據(jù)線(xiàn))變?yōu)楦唠娖?,?dāng)字線(xiàn)高電平到來(lái)時(shí)T導(dǎo)通,若電容原存儲(chǔ)有電荷( 是“1”?。瑒t電容就要放電,就會(huì)使數(shù)據(jù)線(xiàn)電位由高變低;若電容沒(méi)有存儲(chǔ)電荷( 是“0” ),則數(shù)據(jù)線(xiàn)電位不會(huì)變化。檢測(cè)數(shù)據(jù)線(xiàn)上電位的變化就可以區(qū)分讀出的數(shù)據(jù)是1還是0。
注意
①讀操作使電容原存儲(chǔ)的電荷丟失,因此是破壞性讀出。為保持原記憶內(nèi)容,必須在讀操作后立刻跟隨寫(xiě)入操作,稱(chēng)為預(yù)充電延遲。
②向動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元提供地址,是先送行地址再送列地址。原因就是對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器必須定時(shí)刷新(如2ms),刷新不是按字處理,而是每次刷新一行,即為連接在同一行上所有存儲(chǔ)單元的電容補(bǔ)充能量。
③在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的位線(xiàn)上讀出信號(hào)很小,必須接讀出放大器,通常用觸發(fā)器線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)。
④存儲(chǔ)器芯片內(nèi)部的行地址和列地址鎖存器分先后接受行、列地址。
?、荩遥粒?、CAS、WE、Din、Dout時(shí)序關(guān)系如下圖:

?。?、教學(xué)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器組成與設(shè)計(jì)
(1)靜態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理和芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)(P207)


?。ǎ玻┙虒W(xué)計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的組成與設(shè)計(jì)
◎地址總線(xiàn):記為AB15~AB0,統(tǒng)一由地址寄存器AR驅(qū)動(dòng),地址寄存器AR只接收ALU輸出的信息。
◎控制總線(xiàn):控制總線(xiàn)的信號(hào)由譯碼器74LS139給出,功能是指出總線(xiàn)周期的類(lèi)型:
※內(nèi)存寫(xiě)周期 用MMW信號(hào)標(biāo)記
※內(nèi)存讀周期 用MMR信號(hào)標(biāo)記
※外設(shè)(接口)寫(xiě)周期 用IOW信號(hào)標(biāo)記
※外設(shè)(接口)讀周期 用IOR信號(hào)標(biāo)記
※內(nèi)存在工作 用MMREQ信號(hào)標(biāo)記
※外設(shè)在工作 用IOREQ信號(hào)標(biāo)記
※寫(xiě)控存周期 用SWA信號(hào)標(biāo)記
◎數(shù)據(jù)總線(xiàn):分為內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)IB與外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB兩部分。主要完成計(jì)算機(jī)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送。
設(shè)計(jì)總線(xiàn)的技術(shù)是要保證在任何時(shí)刻只能把一組數(shù)據(jù)發(fā)送到總線(xiàn)上,卻允許一個(gè)和多個(gè)部件同時(shí)接受總線(xiàn)上的信息。所用的電路通常為三態(tài)門(mén)電路。

◎系統(tǒng)時(shí)鐘及時(shí)序:教學(xué)機(jī)晶振1.8432MHz,3分頻后用614.4KHz的時(shí)鐘作為系統(tǒng)主時(shí)鐘,使CPU、內(nèi)存、IO同步運(yùn)行。

?。茫校諆?nèi)部的有些寄存器用時(shí)鐘結(jié)束時(shí)的上升沿完成接受數(shù)據(jù),而通用寄存器是用低電平接收的。內(nèi)存或I/O讀寫(xiě)操作時(shí),每個(gè)總線(xiàn)周期由兩個(gè)時(shí)鐘組成,個(gè)時(shí)鐘,稱(chēng)為地址時(shí)間,用于傳送地址;第二個(gè)時(shí)鐘,稱(chēng)為數(shù)據(jù)時(shí)間,用于讀寫(xiě)數(shù)據(jù)
◎靜態(tài)存儲(chǔ)器的字位擴(kuò)展:
教學(xué)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn),由2K字的ROM區(qū)和2K字RAM區(qū)組成。內(nèi)存字長(zhǎng)16位,按字尋址。
?。遥希陀桑罚矗蹋樱玻罚保吨蛔x存儲(chǔ)器ROM(每片2048?jìng)€(gè)存儲(chǔ)單元,每單元為8位二進(jìn)制位)兩片完成字長(zhǎng)的擴(kuò)展。地址分配在:0~2047
RAM由74LS6116隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(每片2048?jìng)€(gè)存儲(chǔ)單元,每單元為8位二進(jìn)制位)兩片完成字長(zhǎng)的擴(kuò)展。地址分配在:2048~4095

靜態(tài)存儲(chǔ)器字、位擴(kuò)展

主存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)過(guò)程

靜態(tài)存儲(chǔ)器地址分配:
為訪(fǎng)問(wèn) 2048 個(gè)存儲(chǔ)單元,要用?。保薄∥坏刂?,把地址總線(xiàn)的低 11 位地址送到每個(gè)存儲(chǔ)器芯片的地址引腳;對(duì)地址總線(xiàn)的高位進(jìn)行譯碼,譯碼信號(hào)送到各存儲(chǔ)器芯片的/CS 引腳,
◎在按字尋址的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)按字節(jié)讀寫(xiě)

?。?、主存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用中的幾項(xiàng)技術(shù)
(1)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的快速讀寫(xiě)技術(shù)
◎快速頁(yè)式工作技術(shù)(動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的快速讀寫(xiě)技術(shù))
讀寫(xiě)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器同一行的數(shù)據(jù)時(shí),其行地址次讀寫(xiě)時(shí)鎖定后保持不變,以后讀寫(xiě)該行多列中的數(shù)據(jù)時(shí),僅鎖存列地址即可,省去了鎖存行地址的時(shí)間,加快了主存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度。
◎EDO(Extended?。模幔簦帷。希酰簦┘夹g(shù)
在快速頁(yè)式工作技術(shù)上,增加了數(shù)據(jù)輸出部分的數(shù)據(jù)鎖存線(xiàn)路,延長(zhǎng)輸出數(shù)據(jù)的有效保持時(shí)間,從而地址信號(hào)改變了,仍然能取得正確的讀出數(shù)據(jù),可以進(jìn)一步縮短地址送入時(shí)間,更加快了主存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度。
?。ǎ玻┲鞔鎯?chǔ)器的并行讀寫(xiě)技術(shù)
是指在主存儲(chǔ)器的一個(gè)工作周期(或較長(zhǎng))可以讀出多個(gè)主存字所采用的技術(shù)。
方案1:一體多字結(jié)構(gòu),即增加每個(gè)主存單元所包括的數(shù)據(jù)位,使其同時(shí)存儲(chǔ)幾個(gè)主存字,則每讀操作就同時(shí)讀出了幾個(gè)主存字。

方案2:多體交叉編址技術(shù),把主存儲(chǔ)器分成幾個(gè)能獨(dú)立讀寫(xiě)的、字長(zhǎng)為一個(gè)主存字的主體,分別對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)體進(jìn)行讀寫(xiě);還可以使幾個(gè)存儲(chǔ)體協(xié)同運(yùn)行,從而提供出比單個(gè)存儲(chǔ)體更高的讀寫(xiě)速度。

有兩種方式進(jìn)行讀寫(xiě):
◎在同一個(gè)讀寫(xiě)周期同時(shí)啟動(dòng)所有主存體讀或?qū)憽?/FONT>
◎讓主存體順序地進(jìn)行讀或?qū)?,即依次讀出來(lái)的每一個(gè)存儲(chǔ)字,可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)依次傳送走,而不必設(shè)置專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)緩沖寄存器;其次,就是采用交叉編址的方式,把連續(xù)地址的幾個(gè)存儲(chǔ)字依次分配在不同的存儲(chǔ)體中,因?yàn)楦鶕?jù)程序運(yùn)行的局部性特性,短時(shí)間內(nèi)讀寫(xiě)地址相鄰的主存字的概率更大。

(3)存儲(chǔ)器對(duì)成組數(shù)據(jù)傳送的支持
所謂成組數(shù)據(jù)傳送就是地址總線(xiàn)傳送地址后,能連續(xù)在數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳送多個(gè)數(shù)據(jù)。而原先是每傳送數(shù)據(jù)要使用兩個(gè)時(shí)鐘周期:先送地址,后跟數(shù)據(jù)傳送,即要傳送N個(gè)數(shù)據(jù),就要用2N個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期,成組數(shù)據(jù)傳送方式只用N+1個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期。
實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送方式,不僅CPU要支持這種運(yùn)行方式,主存也能提供足夠高的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度,這往往通過(guò)主存的多體結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的EDO支持等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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