计算机组成原理-存储系统(二)半导体存储器

2.1DAM芯片

分类:

  • DRAM芯片:使用栅极电容存储信息
  • SRAM芯片:使用双稳态触发器存储信息

核心区别:储存元不一样

2.2DRAM和SRAM的比较

对于DRAM中:

  • 1:电容内存储了电荷
  • 0:电容内未存储电荷

 DRAM芯片

数字表示:
读出1:MOS管接通,电容放电,数 据线上产生电流

读出0:MOS管接通后,数据线上无 电流

电容放电信息被破坏,是破坏性读出。因为一开始电流为1,度完后为0.

读出后有重写操作 ,故读写速度相对于SRAM更慢(SRAM没有这个操作,这个操作也被叫做刷新。)

SRAM

数字表示(双稳态):

1:A高B低

0:A低B高

注意:双稳态触发器 (6个MOS管)也就表明集成度低,体积大。
读出数据,触发器状态保持稳定,是非破坏性读出,无需重写,故速度更快。

集成度对比:

  • DRAM:每个存储元制造成 本更低,集成度高, 功耗低
  • SRAM:每个存储元制造成 本更高,集成度低, 功耗大

总结:

引出了为什么SRAM不需要刷新,DRAM需要刷新。

答:DRAM:电容内的电荷只能维持2ms。即便不断电,2ms后信息也会消失,2ms之内必须 “刷新”一次 (给电容充电)

而SRAM不改变触发器的状态,故不需要刷新。

2.3DRAM的刷新

1. 多久需要刷新一次? 刷新周期:一般为2ms

2.每次刷新多少存储单元?以行为单位,每次刷新一行存储单元

——为什么要用行列地址?

用行列,可以介绍选通器的数量

3. 如何刷新?以行为单位,每次刷新一行存储单元

4. 在什么时刻刷新?

减少选通线的数量 有硬件支持,读出一行的信息后重新写入,占用1个读/写周期(刷新相对于进行了读操作)

刷新的方式(三种思考方式):

1.每次读写完就刷新2.刷新单独3.每行刷新一次

注:刷新”由存 储器独立完成,不需要CPU控制

 2.4DRAM的地址线复用技术

第一次采用行地址,第二次采用列地址,再到列地址编码器。

DRAM的地址线复用技术优点:导致地址线、地址引脚减半

3.1只读存储器ROM

RAM芯片——易失性,断电后数据消失

ROM芯片——非易失性,断电后数据不会丢失

3.2各种ROM

MROM-掩模式只读存储器

特点:

在芯片生产过程中直接写入信息,之后任何人不可重写(只能读出)

可靠性高、灵活性差、生产周期长、只适合批量定制

PROM-可编程只读存储器

特点:

可以让用户自己写一次,但写完一次后不可更改。

EPROM—可擦除可编程只读存储器

特点:之后用某种方法擦除数据,可进行多次重写

EPROM分类:1.UVEPROM 2.EEPROM

UVEPROM

特点:用紫外线照射,可以反复擦除,但一次擦除所有信息,故灵活性不好。

EEPROM

特点:可用“电擦除”的方式,擦除特定的字

Flash Memory —闪速存储器(注:U盘、SD卡就是闪存)

特点:每个存储元只需单个MOS管,位密度比RAM高(体积更小),可进行多次快速擦除重写

注意:由于闪存需要先擦除在写入,因此闪存的“写”速度要比“读”速度更慢。

SSD(Solid State Drives)—— 固态硬盘

特点:由控制单元+存储单元(Flash 芯片)构成,与闪速存储器的核心区别在于控制单元不一样,但存储介质都类似,可进行多次快速擦除重写。

拓:手机辅存也使用Flash芯片,但相比SSD使用的芯片集成度高、功耗低、价格贵

3.3计算机内的重要ROM

由于RAM是易失性的,故关键后背删除所有信息。虽然:CPU的任务: 到主存中取指令并执行指令。但是CPU很傻,只能有指令才能行动,故要开机后有信息,就必须要将操作系统安装在辅存上,主板上的BIOS芯片(ROM), 存储了“自举装入程序” ,负责引导装入操作系统(开机)。

逻辑上,主存由RAM+ROM组成, 且二者常统一编址。

注意: 

  • 随ROM叫只读,但EPROM、Flash、SSD都可以继续写操作。
  • 闪存的写速度一般比读速度更慢,因为写入前要先擦除
  • RAM芯片是易失性的,ROM芯片是非易失性的。很多ROM也具有“随机存取”的特性

 

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