第5章 存储系统和结构.ppt

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1、第5章存储系统和结构15.1存储系统的组成一、存储器分类按在计算机系统中作用分：Cache：位于主存与CPU之间，用于存放正在执行的程序段和数据；主存储器；辅助存储器；按存取方式分：随机存取存储器顺序存取存储器直接存取存储器2按存储介质分：半导体存储器；磁表面存储器；光介质存储器；按存储器的读写功能分：ROMRAM按信息的可保存性分：易失性存储器非易失性存储器3二、存储系统层次结构存储器层次结构图M1到Mn，存储容量越来越大，速度越来越慢，价格越来越低4两种常见的存储层次Cache－主存存储系统针对主存速度不足而提出5虚拟存储系统主要解决主存容量不足问题65.2主

2、存储器的组织一、主存储器的基本结构主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成；主存储器的基本组成示意图：7MFC是存储器操作完成信号，当一个存取操作完成后，时序控制电路应给出该信号8二、主存储器的主要技术指标存储容量指整个主存储器所能存放的二进制信息的总位数，可定义为：Sw＝W*LW为存储字数，L为存储字长存取速度存取时间Ta，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间；存取周期Tm，是指连续两次访问存储器之间所需的最短时间，Tm>Ta带宽Bm，指每秒钟从主存进出信息的最大数量，b/s。可靠性规定时间内存储器无故障读写的概率功耗95.3半导体随机

3、存储器和只读存储器一、RAM记忆单元(存储元)电路通常将存放一个二进制位的物理器件称为存储元；RAM存储元有MOS和双极型电路两种实现，广泛使用的是MOS型；RAM分为静态RAM和动态RAM两种：SRAM只要电源有电，它总能保持两个稳定的状态中的一个状态；DRAM除要电源有电外，还必须动态地刷新，否则信息会丢失。101、六管SRAM存储元电路WVccRMOS电路是一种由金属(M)、氧化层(O)和半导体(S)组成的“场效应管”。当W为高电位时导通，R点与Vcc同电位。T1，T2组成双稳态的触发器，T3，T4作为阻抗，T5，T6作为记忆单元的选中开关(读写控制门)。当存

4、储元未被选中(字线保持低电平)时，T5，T6管截止，触发器与位线隔开，保持的原状态不变。当字线加上高电平时，T5，T6管导通，该存储元被选中，可进行读/写操作字线Vcc（5V）b位线b’位线T3T2T4T1ABT6T511写过程：字线高电平，读写控制门打开。写“1”时，位线b′上送高电平，使T2导通，位线b上送低电平，使T1截止。高电平开关开开Vcc（5V）b位线b’位线T3T2T4T1ABT6T5开开高电平低电平T1，T2组成双稳态的触发器，T1截止T2导通代表“1”，T1导通T2截止代表“0”12写“0”时，位线b′上加低电平，位线b上送高电平，使T2截止、T1

5、导通。Vcc（5V）b位线b’位线T3T2T4T1ABT6T5低电平高电平关开开开开开高电平13读过程：字线选中，位线b′和b分别与A点和B点相通。若存储元原存“1”，A点(即位线b′)为高电平(读1)；Vcc（5V）b位线b’位线T3T2T4T1ABT6T5高电平高电平开关开开开开低电平14若原存“0”，B点(即位线b)为高电平。Vcc（5V）b位线b’位线T3T2T4T1ABT6T5低电平高电平关开开开开开高电平152、四管DRAM记忆单元电路将6管SRAM存储元电路中T5、T6去掉，便形成4管DRAM存储元电路。保持状态时没有外加电源Vcc供电，T1、T2管不

6、再构成双稳态触发器动态MOS存储元依靠MOS电路中的栅极电容C1、C2来存储信息的。164管DRAM记忆单元电路CDCD17写操作字选择线高电平，在位线上加相反的电平，所存信息送至A、B端，进而将信息存储在T1和T2栅极电容上写1时位线b’加高电平，位线b加低电平写0时位线b’加低电平，位线b加高电平读操作给预充信号，T7、T8导通，Vcc向位线b’及b上电容充电字、位选择线高电平，T3、T4、T9、T10导通若存储的是1，则电容C2上有电荷，T2导通，T1截止，CD上电荷通过T2泄露，位线b’＝’0’，CD上电荷通过A点向C2补充，位线b＝’1’；读出过程也是刷新

7、的过程。18刷新操作使用T1、T2栅极电容存储电荷，电荷存在泄露，而又不存在类似SRAM中的电源经负载不断补充，时间一长，信息会丢失预充高电平，T7、T8导通，CD、CD充电；字线高电平CD、CD上电荷对相应的栅极电容补充电荷193、单管DRAM记忆单元单管动态记忆单元由一个MOS管T1和一个存储电容C构成，电容有电荷表示1，否则表示0；单管DRAM存储元功耗更小、集成度更高；20写操作字线高电平写1时位线置高电平；写0时位线置低电平，C上电荷经位线泄露读操作字线高电平若原存放的是1，C上电荷经过T1在位线上产生读电流若原存放的是0，位线上不产生读电流读取结束后