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主存储器及其组织实现

时间:2023-02-09 23:44:12浏览次数:55  
标签:芯片 组织 及其 SRAM DRAM 主存储器 刷新 128 半导体存储器

写在前面:

  由于存储器这一章知识十分繁多,笔记本写不下了

 在这里记录:

  1.半导体存储器芯片的一般结构

  2.MOS写常态存储器芯片

  3.主存储器以及其容量,带宽扩展组织

 的详细内容

 主要参考资料是哈工大刘老师的视频

 与本校江西某双非师范大学的计算机组成原理教材

 

半导体存储器芯片:

  我们知道:

    半导体存储器可以适用于高速缓存,主存,控存的功能

    所以要知道主存储器的组织就要了解半导体存储器

    而半导体存储器是通过一定数量的半导体存储器芯片组成的

    后面介绍的MOS写常态存储器芯片(包括SRAM和DRA)都是半导体存储器的功能细化和分类

 

  芯片的组成结构:

  

 

 

   解释:

    的含义是啥?

 

 

      表示这块芯片有16K的存储单元,每个存储单元有1位

 

    片选线是看选不选择当前芯片的信号线

    有两种写法:

      1.(片选端),低电平有效

      2.(使能端),低电平有效

 

 

  芯片内部的地址译码:

    1.单译码方式(线选法):

      

 

 

     解释:

    简单易懂的方法,只通过行地址译码确定要读写的某行

    这一行上的全部数据(位)被选中

 

   2.双译码方式(重合法):

    

 

 

 

   解释:

      如图只有行和列都被选中的数据(位)才真正被选中

    

      用重合法如何确定数据的位数为多少?即存储字长为多少?

        是根据一个位选信号选通多少根列线,对应同行记忆元存储信息

        就有多少位存储字长

      本例中只有1位存储字长

 

 

MOS写常态存储器芯片   

  MOS写常态存储器是一种随机读写的易失性半导体存储器,

  根据读破坏性可分静态的(SRAM)和动态的(DRAM)

 

  SRAM:

    

 

 

       下面将对上述问题进行详细讲解:

 

    1.SRAM保存0和1的原理是什么?

      触发器

 

      2.SRAM基本单元电路的构成

      

 

 

          

      解释:

      

          1.

             A’类似于,A类似于

 

 

 

 

    3.读操作:

 

        

 

 

 

 

 

 

 

          解释:

        其实这个时候A’也在输出信号,但是其遇到了

 

 

        信号过不去了

 

      

 

    3.写操作:

 

        

 

 

             

            解释:

        

 

 

             可以看出这里经过了取反,即使两端同时在写,

        也是写的相同信号,没有问题

 

 

 

 

 

      4.经典芯片结构

      

 

 

         从SRAM的读写方法可以看出:

      SRAM芯片的译码方式必须为重合法

      那么如何设计可以使得一次列选,选中4位?

      (因为输出/入的数据要四位)

     

     解决:

       已知:此芯片为1K X 4位,即2^10个存储单元,每个存储单元有4位

       即有2^12个记忆元

       即可以分成64*64的矩阵

       行地址译码的范围为0~63,要6根地址线,

    

       还剩下4根地址线,给列地址译码,其范围为0~15

       可以将64列 ,分成4组 ,每组16列 

       有16种列选信号,

         每一个列选信号控制了每一组中的一列

      

 

 

 

 

  DRAM:

    

 

 

 

    1.保存0和1的原理是什么?

      电容,通过电容有无电来保存状态

 

   2.基本单元电路的构成:

      1.三管记忆元DRAM

        

 

 

      解释:

 

        1.当要读出时,预充信号发出,读选择线导通,T4,T2导通

 

        Vdd放电,读数据线上有电

 

        1.如果Cg(电容)上有电,则放电,T1导通

 

         此时读数据线上通过T1导通的线一直放电,导致最终是0

 

         即Cg上有电为0

 

        2.如果Cg上无电,最终读数据线上为1

 

         即Cg上无点为1

 

        所以

 

 

           

       2.当要写入,很简单

        写数据线上为1,则Cg有电

        写数据线上为0,则Cg无电

 

 

 

 

       

 

 

         2.单管记忆元DRAM:

        

 

 

      

 

      解释:

 

        字线是选择线,当字线被选中

 

        T导通,Cs可以根据自身有无电进行读写

 

        1.当Cs没电,数据线上为0

 

        2.当Cs有点,数据线上为1

 

 

    

    3.典型芯片结构:

      

 

 

 

 

 

       解释:

      1.这是16K X 1位 的单管DRAM

        以重合法来译址,那么其是个128 x 128的矩阵

  

      2.16K,本来是要14根地址线的,但是这里只给出7根地址线

        这是因为其想要地址线分两次输入

        每一次可以选择2^7=128个字选信号

        如果不是这么做,想要即选出128行中某一行,

        同时选出128列中的某一列

        达到选中1位的效果是很难的

  

    

 

 

 

       4.读,写操作:

      这里的读放大器是一个跷跷板电路

      即读放大器有两端,如果某一段为1,则另一端为0

     通过模拟很容易得到如何操作

 

     通过这个电路:

      读:要分在读放大器左侧还是右侧

        在左侧:电容有电为0,电容无电为1

        在右侧:电容有电为1,电容无电为0

       写:同理

 

    5.DRAM为啥要刷新,如果刷新:

      为何要刷新?

        因为电容容易漏电

      如何刷新?

        首先,刷新与行地址有关,我们是一行一行刷新

       1.集中式刷新

      

          解释:

            128行都要刷新到,而且是集中一个时间刷新

       在刷新的时候被称为死区,IO与CPU无法访问

       

 

 

 

      2.分散式刷新:

        

 

 

 

 

 

           解释:

        为啥这里存取周期从上面的0.5us变成了1us了?

          因为他将原本一个只要存取操作的周期

          变成了既要存取,在存取完后还要刷新算作一个周期

          于是周期时间翻倍

 

      3.异步刷新:

        

 

 

            解释:

        将

 

 

        因为有128行,所以我将2ms分成128份

 

        每份有15.6us

 

        对于整体来说为分散刷新,对于每份来说为集中刷新

 

        

 

 

  4.SRAM与DRAM的区别

    

 

 

 

     

 

  

  

  

    

 

标签:芯片,组织,及其,SRAM,DRAM,主存储器,刷新,128,半导体存储器
From: https://www.cnblogs.com/cilinmengye/p/17107017.html

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