05_Internal Memory

WilliamStallingsComputerOrganizationandArchitecture7thEdition,Chapter5第五章InternalMemory内存,SemiconductorMemoryTypes半导体存储器的种类,SemiconductorMemory半导体存储器,RAM随机存储存储器Misnamedasallsemiconductormemoryisrandomaccess名字起的有问题，因为所有的半导体存储器都是随机存取方式的Read/Write可读/可写Volatile易失性Temporarystorage临时性的存储器Staticordynamic静态的或动态的,MemoryCellOperation存储元的操作,DynamicRAM动态随机存取存储器,Bitsstoredaschargeincapacitors数据位的存储是以电容上的（是否）电荷Chargesleak电荷会泄漏Needrefreshingevenwhenpowered即使在供电的情况下也需要刷新Simplerconstruction较简单的结构Smallerperbit每位的体积比较小Lessexpensive比较便宜Needrefreshcircuits需要刷新电路Slower（工作速度）比较慢Mainmemory（主要用作）主存Essentiallyanalogue本质上（是）模拟性的（器件）Levelofchargedeterminesvalue由电荷的电压决定表示的值,DynamicRAMStructure动态随机存储器的结构,DRAMOperation动态随机存储器的工作过程,Addresslineactivewhenbitreadorwritten当对此位进行读或写操作时地址线要有效（使能）Transistorswitchclosed(currentflows)管子的开关闭合（有电流流过）Write写操作Voltagetobitline电压加到位线上Highfor1lowfor0高电压为1，低电压为0Thensignaladdressline之后为地址线加信号Transferschargetocapacitor给电容传送电荷（充放电）Read读操作Addresslineselected地址线被选通transistorturnson管子接通Chargefromcapacitorfedviabitlinetosenseamplifier电容上的电荷通过位线加到读出放大器上Compareswithreferencevaluetodetermine0or1和参考电压比较来决定是0还是1Capacitorchargemustberestored电容的电荷必须要恢复,StaticRAM静态随机存取存储器,Bitsstoredason/offswitches是以管子的导通和截止来进行位信息的存储Nochargestoleak没有电荷泄漏（问题）Norefreshingneededwhenpowered在供电状态下不需刷新Morecomplexconstruction更复杂的结构Largerperbit每位所占的物理空间较大Moreexpensive价格更高Doesnotneedrefreshcircuits不需要刷新电路Faster速度更快Cache用作高速缓存Digital数字的Usesflip-flops使用了触发器,StatingRAMStructure静态随机存取存储器的结构,StaticRAMOperation静态随机存储器的操作,Transistorarrangementgivesstablelogicstate管子的分布呈现出稳定的逻辑状态State1状态1C1high,C2lowC1点高电平,C2点低电平T1T4off,T2T3onT1T4截止,T2T3导通State0状态0C2high,C1lowC2点高电平,C1点低电平T2T3off,T1T4onT2T3截止,T1T4导通AddresslinetransistorsT5T6isswitch地址线所连接的两个管子T5T6作为开关WriteapplyvaluetoB&complimenttoB写（操作）将值加到位线B和位线的非ReadvalueisonlineB读（操作）-值加到位线B,SRAMvDRAM静态随机存取存储器和动态随机存取存储器的比较,Bothvolatile二者都是易失性的Powerneededtopreservedata当保存数据的时候需要供电Dynamiccell动态存储元Simplertobuild,smaller构造较简单，体积更小Moredense存储密度更高Lessexpensive更便宜Needsrefresh需要刷新Largermemoryunits可组成（容量）更大的存储体Static静态Faster速度更快Cache高速缓存,ReadOnlyMemory(ROM)只读存储器,Permanentstorage持久性的存储器Nonvolatile非易失性的Microprogramming(seelater)微程序Librarysubroutines库函数例行子程序Systemsprograms(BIOS)系统程序Functiontables函数表,TypesofROM只读存储器的种类,Writtenduringmanufacture在制造的过程中将信息写入Veryexpensiveforsmallruns如果是小批量价格非常高Programmable(once)可编程（只一次）PROM可编程只读存储器Needsspecialequipmenttoprogram需要专门的设备进行编程Read“mostly”多数是读（可改写的只读存储器）ErasableProgrammable(EPROM)可擦除的可编程只读存储器ErasedbyUV用紫外光擦除ElectricallyErasable(EEPROM)电可擦除的Takesmuchlongertowritethanread写的时间要比读的时间长很多Flashmemory闪存Erasewholememoryelectrically（可以）以电的方式整体擦除,Organisationindetail（存储器）组织详解,A16Mbitchipcanbeorganisedas1Mof16bitwords一个16Mbit的芯片可以被组织成1M16bitAbitperchipsystemhas16lotsof1Mbitchipwithbit1ofeachwordinchip1andsoon（内部存储单元）1位的（容量）1Mbit芯片系统需要16条以每条提供1位（数据）的形式来组织A16Mbitchipcanbeorganisedasa2048x2048x4bitarray一个16Mbit的芯片可以组织成2048x2048x4bit阵列的形式Reducesnumberofaddresspins减少地址引脚的数量Multiplexrowaddressandcolumnaddress将行地址和列地址复用11pinstoaddress(211=2048)11个引脚接地址(211=2048)Addingonemorepindoublesrangeofvaluessox4capacity增加1个引脚可以将（存储器）容量增加到原来的4倍,Refreshing刷新,Refreshcircuitincludedonchip在芯片内部包含刷新电路Disablechip芯片不使能Countthroughrows按行来计数Read&Writeback读出再写回Takestime需要时间Slowsdownapparentperformance降低了性能,Typical16MbDRAM(4Mx4)典型的16Mbit的DRAM（动态随即存取存储器）(4Mx4bit),Packaging封装形式,256kByteModuleOrganisation256KByte字节的模块组织,1MByteModuleOrganisation1MByte字节的模块组织,ErrorCorrection纠错,HardFailure硬故障Permanentdefect永久性的损坏SoftError软错误Random,non-destructive随机的，非破坏性的Nopermanentdamagetomemory不会对存储器造成永久性的损坏DetectedusingHammingerrorcorrectingcode使用海明纠错码进行错误检测,ErrorCorrectingCodeFunction纠错码的功能,Hammingcode(1)海明码（1）,ErrorCorrectingCode纠错码Candetectanerrorandcorrectit能检出一位错并且纠正过来2km+kmbitdata(8,16,32,)m位数据kbitsyndrome(additionforcorrectingerror)k位校验位（额外的用来纠错的）,Hammingcode(3),Whenm=8k=4Arrangementdatabit&syndromebit真值表,Hammingcode(2)海明码（2）,Wordlengthwithincreaseforerrorcorrection纠错字长的增加,Hammingcode(4),Makeouttherelationshipofcorrectbitwithdatabit计算校验位和数据位的关系C1=d1d2d4d5d7C2=d1d3d4d6d7C4=d2d3d4d8C8=d5d6d7d8,ErrorCorrectingCodeFunctionpage149,Hammingcode(5),Accordingdatabit,calculatecorrectbit根据数据位，计算出校验位Storem-bitdata&k-bitcorrectbit.将m位数据和k位校验位存储起来Whenfetchthedata,Re-calculatecorrectbitaccordingdatabit(datamayhaveanerror)当取数的时候，根据数据位重新计算校验位（数据有可能有错误）C1=d1d2d4d5d7C2=d1d3d4d6d7C4=d2d3d4d8C8=d5d6d7d8,ErrorCorrectingCodeFunctionpage149,Hammingcode(6),Makesthesyndromeword计算得到校验字老的校验位Oldcorrectbitc8c4c2c1新的校验位Newcorrectbitc8c4c2c1校验字SyndromewordXXXXThesyndromewordiserrorpositioncode校验字就是错误的位置号,ErrorCorrectingCodeFunctionpage149,old,new,Hammingcode(7),Ifsyndromecontainsall0s,noerror,thedataiscorrect如果校验字都是0，则没有错误，数据是正确的（第一种情况）Ifsyndromecontainsone&onlyone1,theoldcorrectbitiserror,butthedataiscorrect如果校验字包含只有一个1，则老的校验位有错误，但数据位都是正确的（第二种情况）Ifsyndromecontainsmorethanone1s,thesyndromevalueindicatesthepositionoferrorbit,correctthebit如果校验字包含一个以上的1，校验字的值指示了错误位的位置号（第三种情况）Butsyndromevaluelargerthan12,morethanoneerroroccurs如果校验字的值大于12（k+m），有一个以上的错误发生,ErrorCorrectingCodeFunctionpage149,Hammingcode(8),E.g.datais00111001例如，数据位是00111001Calculatesoldcorrectbit:计算老的校验位C1(1,2,4,5,7)=10110=1C2(1,3,4,6,7)=10110=1C4(2,3,4,8)=0010=1C8(5,6,7,8)=1100=0Stores(m+k)data&correctbit:存储(m+k)位数据位和校验位001101001111,Hammingcode(9),Supposedatabitm3ischangedfrom0to1instorage.001101101111假设在存储器中数据位m3从0变成了1。001101101111.Whenfetchesthedata,Re-calculatesnewcorrectbit:当取数的时候，重新计算新的校验位C1(1,2,4,5,7)=10110=1C2(1,3,4,6,7)=11110=0C4(2,3,4,8)=0110=0C8(5,6,7,8)=1100=0,Hammingcode(10),Makessyndrome:就是获得校验字c8c4c2c10111old老的0001new新的0110syndrome校验字Itmeansposition6iserror,这意味着位置6的数据有错误001101(1)01111,correctsthebit将此位更正过来001101(0)01111,getsthedatabit获得正确的数据位00111001,AdvancedDRAMOrganization高级DRAM的组织,BasicDRAMsamesincefirstRAMchips从第一片RAM芯片诞生开始，DRAM基本结构都是一样的EnhancedDRAM增强型DRAMContainssmallSRAMaswell（内部）也包含小容量的SRAM（静态随机存取存储器）SRAMholdslastlineread(c.f.Cache!)SRAM包含刚读出的最后一行的内容（和cache比较一下）CacheDRAM给DRAM加高速缓存LargerSRAMcomponent更大容量的SRAM组件Useascacheorserialbuffer用作高速缓存和串行的缓冲,SynchronousDRAM(SDRAM)同步的DRAM,Accessissynchronizedwithanexternalclock访问由一个外部的时钟进行同步AddressispresentedtoRAM地址信息送到RAMRAMfindsdata(CPUwaitsinconventionalDRAM)RAM查找数据（在传统的DRAM中CPU需等待）SinceSDRAMmovesdataintimewithsystemclock,CPUknowswhendatawillbeready既然SDRAM以系统时钟来传送数据，CPU知道数据在什么时间会准备好CPUdoesnothavetowait,itcandosomethingelseCPU不需要等待，可以做其他事情BurstmodeallowsSDRAMtosetupstreamofdataandfireitoutinblock突发模式可以使得SDRAM准备好数据流并以数据块的形式传送（5-3-3-3，3-1-1-1）DDR-SDRAMsends