第4章（存储器）.ppt

1 第4章内部存储器 目录 4 1存储系统概述4 2内部存储器的作用及其分类内存的作用 内存的分类内存的主要技术指标4 3半导体存储器的组成及工作原理随机存储器RAM 只读存储器ROM 内部存储器的组成4 4RAM的基本工作方式4 5内存模组与基本结构逻辑Bank与芯片容量表示方法内存条 模组 的结构及工作原理 2 4 6主流内存条介绍FPMDRAM EDODRAM SDRAM DDRSDRAM DDR2SDRAM Rambus几种常见内存带宽比较内存接口类型4 7内存相关技术 内存双通道内存技术内存参数的及优化化内存技术规范及标注格式 第4章内部存储器 目录 3 4 1存储系统概述 存储体系 存储系统 是计算机的重要组成部分 用来存储计算机工作需要的信息 程序和数据 的部件 构成计算机的信息记忆功能 存储器可分为两大类 内部存储器和外部存储器 内部存储器 外部存储器 微机存储系统的层次结构 4 4 2内部存储器的作用及分类 作用 内存储器均为半导体存储器 外存储器有磁性存储器 光存储器和半导体存储器三种 内存的作用 运行程序 暂存常用的程序 数据 与外存储器 外设交换数据的缓冲存储 5 4 2内部存储器的作用及分类 分类 半导体存储器 DRAM DynamicRAM 用作主存储器SRAM StaticRAM 用作Cache 寄存器PROM ProgrammableROM 早期用作计算机只读存储器EPROM ErasablePROM 早期用作计算机只读存储器EEPROM ElectricallyEPROM 现在用作计算机只读存储器FlashMemory 现在用作计算机只读存储器 6 4 2内部存储器的作用及分类 内存的主要技术指标 存储容量 存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量 以字节 B Byte 为单位 1KB 210 1024B1MB 220 1024KB 1 048 576B1GB 230 1024MB 1 048 576KB 1 073 741 824B速度 读取时间 存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR MemoryDataRegister 的输出端为止的时间 一般单位为ns 10 9秒 DRAM芯片 一般为几十ns 目前由DRAM芯片构成的内存条 模块 突发传送模式下读写速度可以达到2ns 如DDR400连续读取的极限速度为2 5ns SRAM芯片 几个 十几ns 带宽 存储器位数 8 X读取速度峰值 单位为MB s 7 4 2内部存储器的作用及分类 内存的主要技术指标 错误校验 内存在读写过程中检测和纠正错误的能力 常用的错误校验方式有Parity ECC 奇偶校验 Parity 每个字节增加一位 共9位 增加的一位用于奇校验或偶校验 只有检错能力 ECC ErrorCheckingandCorrecting 一般每64位增加8位 由于差错控制 ECC的功能不但使内存具有数据检错能力 而且具备了数据纠错功能 ECC可以纠正存储器访问的绝大多数错误 关于SPD SerialPresenceDetect 用1个小容量EEPROM芯片 记录内存的速度 容量 电压与行 列地址带宽等参数信息 当开机时PC的BIOS将自动读取SPD中记录的信息 以完成正确的硬件参数设置 如外频 读取时间 及各种延时 SPD芯片 8 4 3半导体存储器的组成及工作原理 SRAM SRAM工作原理SRAM基本存储电路单元 双稳态触发器 8个双稳态触发器集成为一个字节的存储单元 寄存器 多个存储单元集成为存储器芯片 多片存储器芯片组成存储器模块 9 4 3半导体存储器的组成及工作原理 SRAM SRAM芯片 内部由存储矩阵 地址译码器 存储控制逻辑和I O缓冲器组成 A0 AM 1 地址线D0 DN 1 数据线RD WR 读写控制OE 输出允许 OutputEnable CE 片选 ChipEnable 将M条地址线译码 产生2M条输出 选中指定单元 由2M个存储单元构成的存储阵列 根据输入的读 写控制信号完成指定单元的读 写控制 实现芯片与数据总线的双向数据传输控制 10 4 3半导体存储器的组成及工作原理 DRAM DRAM的位存储电路 为MOS管 电容器动态存储电路 其记忆信息的机理是依靠电容器C存储电荷的状态 电容器C有电荷时 为逻辑 l 没有电荷时 为逻辑 0 单元读写 只有行选择信号和列选择信号同时有效时才选中该存储单元 再根据数据线状态和控制电路完成对电容电压的读取 读 或对电容的充放电 写 刷新 由于电容器存在漏电 因此需要定期对电容器充放电 每隔一定时间 一般2ms左右的刷新周期 就要刷新一次 刷新是按行进行 一次一行 一个刷新周期完成所有行的刷新 11 4 3半导体存储器的组成及工作原理 DRAM DRAM芯片结构 存储阵列为多页面结构 地址线为行地址和列地址分别传送 由行选通 RAS 信号和列选通信号控制 数据线分为输入和输出 WE有效为写 无效为读 RAS RowAddressStrobeCAS ColumnAddressStrobe 12 4 3半导体存储器的组成及工作原理 DRAM DRAM的控制电路 用8片Intel2116DRAM芯片 16K 1位 组成的16KB的存储器的简化的DRAM控制电路 刷新计数器 刷新地址多路器 行列地址多路器 刷新时钟 刷新 多路控制 数据总线 地址总线 RASCASWE A0 A6 A7 A13 RA0 RA6 MA0 MA6 数据多路器 RA0 RA6 刷新地址A0 A13 总线地址MA0 MA6 芯片地址WE 写控制 数据输入数据输出 2116 存储器 A0 A6 13 4 3半导体存储器的组成及工作原理 DRAM DRAM读出时序 DRAM写入时序 14 4 3半导体存储器的组成及工作原理 ROM 只读存储器ROM 一旦有了信息 就不能轻易改变 也不会在掉电时丢失 除只读特性外 ROM器件有3个显著的特点 结构简单 所以位密度高 具有非易失性 所以可靠性高 读速度慢 ROM可以分为5种 掩膜ROM这种ROM是由制造厂家利用一种掩膜技术写入程序的 掩膜ROM制成后 不能修改 根据制造工艺可分为MOS型和TTL型两种 MOS型ROM功耗小 速度慢 适用于一般微机系统 而TTL型则速度快 功耗大 适用于速度较高的计算机系统 掩膜ROM是最早期的ROM品种 现在已基本淘汰 15 4 3半导体存储器的组成及工作原理 ROM 2 PROM 可编程ROMPROM虽然可由用户编程 但只能有一次写入的机会 一旦编程 写入 之后 就如掩模式ROM一样 PROM存储器使用熔断丝 熔断丝原始状态导通 1 将熔断丝烧断编程为0 PROM是最早期的ROM品种 现在已基本淘汰 3 EPROM 可擦除可编程ROMEPROM通过紫外线照射可以将信息全部擦除 全部为1 EPROM可重复编程 适合于系统开发研制时使用 EPROM虽然具有可反复编程的优点 但需要专用的紫外线擦除器 且只能整体擦除 4 EEPROM 电可擦除可编程ROM可通过电信号全部或部分擦除 能完成在线编程 通过程序方式可实现读写 但其读写速度比RAM慢的多 16 4 3半导体存储器的组成及工作原理 ROM FlashMemory 闪烁存储器属于EEPROM的改进产品 新一带的非易失存储器 特点 一般容量比其他类型ROM大的多 集成度高 内部为分页结构 一般1页512字节 写入之前必须整页擦除 信息只能由1写为0 目前被广泛用于移动存储器 U盘 替代软磁盘 在PC机中取代原来的PROM EEPROM 用来保存BIOS程序 从发展趋势看 将取代其他类型的ROM 有逐步取代部分磁性存储器 和硬盘相比 抗震 无噪声 耗电低等优点 但容量小 单位容量造价高 和RAM相比 具有非易失的优势 但速度慢 不能完成完全随机读写 17 4 3半导体存储器的组成及工作原理 内存的组成 内存的构成 包括存储阵列 地址 数据寄存器 地址译码器 时序控制电路 动态存储器还包括刷新控制电路 和读写驱动等部分组成 18 4 3半导体存储器的组成及工作原理 内存的组成 存储芯片阵列 模块的数据位宽一般大于存储器芯片的数据位宽 目前使用的存储器模块的数据位宽为64位 存储器芯片的数据位宽一般为4位 8位或16位 19 4 3半导体存储器的组成及工作原理 内存的组成 地址译码器 可以使用单译码和双译码结构 双译码结构的译码器构造简单 20 4 4RAM的基本工作方式 读写操作过程 RAM单元的读写操作过程包括地址锁存 译码 单元读写和数据传输几个步骤 21 4 5内存模组的基本构造 内存模组 内存条 由多块DRAM芯片组成 如早期的4MX8的模组 采用30线的SIMM封装 将8片4MX1的芯片封装的一起 模组引线A0 A10 行 列地址线 DQ1 DQ8 数据线 CAS 列选通信号 RAS 行选通信号 WE 写命令 0 写 1 读 22 4 6主流内存条介绍 内存条 目前内存的物理结构都是条状的模块 由DRAM芯片构成的条状电路模块 内存条的使用必须符合芯片组的要求类型接口位宽单条容量电压应用时代 DRAM30SIMM8256K 4M5286 386 486FPMDRAM72SIMM324 32M5486 PentiumEDODRAM72SIMM324 32M5PentiumSDRAM168DIMM6432 256M3 3PentiumRambusDRAM184RIMM1664M 1G2 5PentiumDDRSDRAM184DIMM64128 512M2 5PentiumDDR2SDRAM240DIMM64256M 1G1 8Pentium SIMM SingleIn lineMemoryModuleFPM FastPageModeDIMM DualIn lineMemoryModuleEDO ExtendedDataOutRIMM RambusIn lineMemoryModuleDDR DoubleDataRate 23 4 6主流内存条介绍 FPMDRAM FPM FastPageMode DRAM增加4字节的突发传送模式 当连续的4个字节在同一行时 在送出行地址和列地址读出第一个数据后 下面的三个数据可以只送出列地址即可以读出 省去了传送三次行地址的时间 在突发传送期间 必须完成前一次的读写 才可以传送下一个列地址 24 4 6主流内存条介绍 EDODRAM EDO ExtendedDataOut DRAMEDODRAM是在FPMDRAM的基础上的改进 由于引入了预读取机制 EDODRAM可以在输出数据的同时进行下一个列地址选通 EDODRAM的读写速度比FPMDRAM提高20 40 由于动态存储器的机理的原因 相邻的两次列地址传送之间必须有时间间隔 预充电时间 25 4 6主流内存条介绍 SDRAM SDRAM SynchronousSRAM FPM和EDO存储模组中只有一个Bank SDRAM有多个Bank 在单元组织上采用交叉存放 如果有两个Bank Bank0和Bank1交错读写 在读写某一个Bank时 另一个bank完成预充电 SDRAM的读写是和系统总线时钟clock同步的 SDRAM是64位位宽 3 3伏工作电压 26 4 6主流内存条介绍 DDR DDR DoubleDataRate SDRAM 在SDRAM的基础上 内部具备2bit预取机制 采用时钟的上 下沿分别传输数据 使传送带宽增加一倍 在相同的时钟频率下 DDR比SDRAM的传输速度提高一倍 双体结构 存储阵列由双存储体构成 交叉编址 执行一个存储器输出的同时准备另一个存储器的数据 按时间交替输出 DDRSDRAM为64位位宽 2 5伏工作电压 27 4 6主流内存条介绍 DDR2 DDR2SDRAM DDRSDRAM的改进型 使用数据预取实现内部并行化 降低芯片的工作频率 DDR2采用更低的电压 1 8伏 28 4 7内存相关技术 双通道技术 双通道 通过在内存控制器 北桥芯片或MCH 上增加两个存储器通道 使用现有的存储器模组实现两个通道并行工作 在同时安装两条64位的DDR或DDR2存储器条 可以实现128位的位宽 支持双通道的主机板一般都有4个DIMM存储器插槽 两个内存条必须插到同颜色的插槽才可以配置成双通道模式 29 4 7内存相关技术 内存技术规范及标注格式 PC66 PC100 PC133 标准 总线频率 66MHz 100MHz 133MHz 带宽 533MB s 800MB s 1067MB s SDRAM 主要的标准有PC66 PC100 PC133三种 30 4 7内存相关技术 内存技术规范及标注格式 RDRAM 主要有PC600 PC800 PC1066 PC1200几种 PC800 PC1066 PC1200 标准 工作频率 400MHz 533MHz 600MHz 单通道带宽 1 6GB s 2 1GB s 2 4GB s 双通道带宽 3 2GB s 4 3GB s 4 8MB s PC600 300MHz 1 2GB s 2 4GB s 31 4 7内存相关技术 内存技术规范及标注格式 DDR 有PC2100 PC2700 PC3200 PC4200等几种 32 DDR2 主要有PC2 3200 PC2 4300 PC2 5300几种 DDR2 400 DDR2 533 DDR2 667 规格 工作频率 200MHz 266MHz 333MHz 单通道带宽 3 2GB s 4