计算机组成原理细微导图：3.3半导体随机存储器

导图

SRAM和DRAM

SRAM工作原理

• SRAM的存储元是用双稳态触发器（六晶体管MOS）来记忆信息的，因此信息被读取后，仍保持原状态而不需要再生（非破坏性读出）

DRAM工作原理

• DRAME的是利用存储元电路中电容上的电荷来存储信息的，DRAM的基本存储单元通常只使用一个晶体管，所以它比SRAM的密度高。

• DRAM采用地址复用技术，地址线是原来的1/2，且地址信号分行，列两次传送。

• 刷新

  • 集中刷新

    • 固定时间对所有行进行逐一再生，存在死区，存取速度高

  • 分散刷新

    • 把刷新分散到各个工作周期中。无死区，但加长了存取周期。

  • 异步刷新

    • 将刷新周期除以行数，得到两次刷新操作之间的时间间隔，利用逻辑电路每隔时间t产生一次刷新请求。可避免使CPU连续等待过长的时间，而且减少了刷新次数，提高了效率。

  • Subtopic 4

    • Subtopic 1

• 刷新注意：

  • 刷新对CPU是透明的，即刷新不依赖于外部的访问
  • 动态RAM的刷新单位是行，因此刷新操作时仅需要行地址
  • 刷新操作类似于读操作，但又有所同。刷新操作仅给栅极电容补充电荷，不需要信息输出。另外，刷新时不需要选片，即整个存储器中的所有芯片同时被刷新

读写周期（了解即可）

• 对存储器进行连续两次存取操作所需要的最小时间间隔

Questions：

• 为什么采用SRAM作为Cache

  • 因为SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据，不需要进行刷新，SRAM的存取相较于DRAM速度快（，但是集成度低，功耗大。）

• SRAM价格贵的原因？

  • 一个SRAM存储单元大约需要六个晶体管，集成度低，做工复杂。DRAM通常使用1个晶体管。

• 为什么使用DRAM作为主存系统

  • 相对于SRAM来说，DRAM具有容易集成、位价低、容量大和功耗低等优点，但DRAM的存取速度比SRAM的慢，一般用来组成大容量主存系统

• 为什么DRAM需要刷新？

  • 因为DRAM上的电荷只能维持1-2ms，因此即使电源不断电，信息也会自动消失，因此需要每隔一段时间进行刷新，通常取2ms.

• 易失性存储器和刷新的区别

  • 易失性存储器是指断电后数据丢失，SRAM和DRAM都满足断电内容消失，但需要刷新的只有DRAM，而SRAM不需要刷新

只读存储器

特点

• 结构简单，所以位密度比可读写存储器的高
• 具有非易失性，所以可靠性高

类型

• 掩模式只读存储器(MROM)

  • 生产直接写入，无法更改。可靠性高，集成度高，但灵活性低

• 一次可编程只读存储器（PROM）

  • 一次可编程

• 可擦除可编程只读存储器（EPROM)

  • 可编程次数有限，写入时间太长

• 闪速存储器（Flash Memory)

  • 不加电可长期保存，可重写。价格便宜，速度快，集成度高

• 固态硬盘(Solid State Drives)

  • 由控制单元和Flash Memory构成。读写速度快，低功耗。价格高

组成

指令执行过程中需要访问主存时，CPU首先把被访问单元的地址送到MAR中，然后通过地址线（注意是单向的）将主存地址送到主存中的地址寄存器，以便地址译码器进行译码选中相应单元，同时CPU将读写信号通过控制线送到主存的读写控制电路。如果是写操作，那么CPU同时将要写的信息送到MDR中，在读写控制电路的控制下，经数据线（注意是双向的）

将信号写入选中的单元：如果是读操作，那么主存读出选中单元的内容送到数据线，然后送到MDR中。数据线的宽度与MDR的宽度相同，地址线的宽度与MAR的宽度相同。图3.6采用64位数据线，所以在按字节编址方式下，每次最多可以存取8个单元的内容。地址线的位数决定了主存地址空间的最大可寻址范围。例如，36位地址的最大寻址范围为0~236-1，即地址从0开始编号。
数据线数和地址线数共同反映存储体容量的大小，图3.6中芯片的容量=236×64位。