05-主存储器
概述
主存中存储单元地址的分配
12345678H 这个数据如何在主存储器中进行存储
两种方式 大端（大尾）方式 和小端（小尾）方式
大端方式：高位字节存储数据的低位，低位字节存储数据的高位
小端方式：低位字节存储数据的低位，高位字节存储数据的高位
设地址线为24根 按地址寻址 2^24=16MB
若字长为16位 按字寻址 8MW
若字长为32位 按字寻址 4MW
主存的技术指标
- 存储容量 主存存放二进制代码的总位数
- 存储速度
- 存取时间，即存储器的访问时间
- 分为读出时间和写入时间
- 存储器的带宽 每秒能读出或写入的数据的位数
半导体芯片简介
半导体存储芯片的基本结构
包括存储矩阵、译码驱动、读写电路、地址线(单向)、数据线（双向）、片选线、读/写控制线
利用地址线和数据线计算芯片容量
地址线（条） 数据线（条） 芯片容量
10 4 1K x 4位
14 1 16K x 1位
13 8 8K x 8位
片选线 $\overline{CS}$ $\overline{CE}$
读/写控制线
有的是一路信号 $\overline{WE}$ 上面的横线表示低电平有效（低电平写，高电平读）
有的是两路信号 $\overline{OE}$ （允许读） $\overline{OE}$ （允许写）
半导体存储芯片的译码驱动方式
线选法
用一根字选择线直接选中存储单元，每个字都对应着一根地址线
重合法
地址译码器分为X地址译码器（行译码器）和Y地址译码器（列译码器）地址线的规模从O(n)缩减为了O($\sqrt{n}$)
随机存取存储器（RAM）random-access memory
静态RAM(SRAM)
建议看下视频，讲的比较清楚（https://www.bilibili.com/video/BV1WW411Q7PF?p=26&vd_source=3c88fb7dae36f53e6a15081fb7cf9ff8）
Static Random-Access Memory，即静态随机存取存储器，是随机存取存储器的一种。所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持，不须周期性地刷新。每个SRAM基本单元是由六个晶体管电路所构成 (如图二)。每一bit储存在由4个晶体管（T1, T2, T3, T4）所构成两个交叉耦合的反相器中，另外两个晶体管（T5, T6）是用于储存基本单元到读写位线（Bit Line）的控制开关。SRAM功耗取决于它的访问频率，当访问频率增加时，其功耗相对增加，如果用高频率访问SRAM，其功耗比得上DRAM。反之，在系统空闲状态时，SRAM功耗则可以忽略不计。
实现SRAM 01信号存储的元件是双稳态触发器（有两个输出信号，一端与另一端值刚好相反）
动态RAM(DRAM)
保存0和1的原理是什么？
使用电容存储，电容中如果存储了电量，认为其信号为1，否则认为其信号为0
基本单元电路的构成是什么
有两种基本单元电路，一种是3管动态RAM,一种是单管动态RAM
对单元电路如何读出写入？
读出与原存信息相反
读入与输入信息相同
典型的芯片的结构是什么样子？(Intel1103 三管，Intel4116 单管)
动态RAM芯片如何进行读出和写入操作？
动态RAM为什么要刷新？刷新方法
因为动态RAM是使用电容进行存储电荷，电容会漏电，或一段时间电量就漏没了，所以需要刷新
对动态RAM进行刷新，只和行地址有关，每次刷新都会刷新一行的数据
1）集中式刷新 刷新的时间集中在一段时间内（假设存取周期为0.5微秒，动态RAM刷新周期2毫秒，对于128x128的芯片 死区 0.5*128=64微秒 死时间率为 128/4000 =3.2%）
2）分散刷新（假设存取周期为1微秒，对于128x128的芯片 无死区 但是过度刷新）
3）异步刷新（分散刷新与集中刷新相结合）（对于128x128的存储芯片，存取周期假设为0.5微秒，若每隔15.6微秒刷新一行 每行每隔2ms刷新一次 死区为0.5/15.6 如果将刷新安排在指令译码阶段，不会出现死区）
静态RAM和动态RAM的比较
||DRAM|SRAM|
|-|-|-|-|
|存储原理|电容|触发器|
|集成度|高（一个晶体管一个电容）|低（六个晶体管）|
|芯片引脚|少|多|
|功耗|低（仅电容充放电）|高（有3个关子一直处于导通状态）|
|价格|低|高|
|速度|慢|快|
|刷新|需要刷新|不需要刷新|
DRAM用做主存
SRAM用做缓存
只读存储器（ROM）read-only memory
ROM的发展
- 早期的只读存储器--在厂家出厂就写好了内容
- 改进1--用户可以自己写--一次性
- 改进2--可以多次写--要能对信息进行擦除
- 改进3--电可擦除--特定设备
- 改进4--电可擦除--直接连接到计算机
1.掩模ROM(MROM)
行列选择线交叉处有MOS管为1
行列选择线交叉处无MOS管为0
2.PROM（一次性编程）
行线和列线之间通过熔丝连接
熔丝断 为0
熔丝未断 为1
3.EPROM（多次编程）
N型沟道浮动栅MOS电路
使用紫外线全部擦洗
D端加正电压 形成浮动栅 S与D不导通为0
D端不加正电压 不形成浮动栅 S与D导通为1
4.EEPROM（多次编程-电可擦写）
电可擦写
局部擦写
全部擦写
5.Flash Memory（闪速型存储器）
EPROM 价格便宜 集成度高
EEPROM 电可擦洗重写
Flash Memory比EEPROM快 具备RAM功能
CPU和存储器的连接
1.存储器容量的扩展
位扩展
字扩展
同时扩展
2.存储器与CPU的连接
- 地址线的连接
- 数据线的连接
- 读/写命令线的连接
- 片选线的连接
- 合理选择存储芯片
ROM 系统程序存储及配置信息
RAM 用户的程序区，系统程序运行区
芯片数量尽量少，片选信号尽量简单 - 其他 时序、负载
存储期的校验
汉明码的纠错过程
形成新的检测位Pi,其位数与增添的检测位有关
如增添3位（k=3）,新的检测位为P4P2P1
以k=3为例，Pi的取值为
P1=1异或3异或5异或7
P2=2异或3异或6异或7
P4=4异或5异或6异或7
对于按"偶校验"配置的汉明码不出错时P1=0,P2=0,P4=0
提高访存速度的措施
- 采用高速器件
- 采用层次结构 Cache-主存
- 调整主存结构
主存结构
1.单体多字系统 例如cpu能读取的单个数据长度是16位，存储器每次读取的数据长度设为64,一次读取cpu可以使用4次，降低了读取耗时，但是在写入的时候会有问题，写入16位数据，会将另外的48位数据也写进去
2.多体并行系统
1）高位交叉 顺序编址 适合存储器容量的扩展，不适合解决访存速度的问题
2）低位交叉 各个体轮流编址，用于存储器带宽和访问速度的提升
3.高性能训处新编
1）SDRAM(同步DRAM) 在系统时钟的控制下进行读出和写入
2) RDRAM 主要解决 存储器带宽 问题
3) 带cache的DRAM 有利于猝发式读取