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3.2 主存储器
​ 主存储器由DRAM实现，靠处理器的那一层（Cache）则由SRAM实现，它们都属于易失性存储器，只要电源被切断，原来保存的信息便会丢失。

​ DRAM的每位价格低于SRAM，速度也慢于SRAM，价格差异主要是因为制造SRAM需要更多的硅。

3.2.1 SRAM芯片和DRAM芯片
​ 通常把存放一个二进制位的物理器件称为存储元，它是存储器的最基本的构件。地址码相同的多个存储元构成一个存储单元。若干存储单元的集合构成存储体。

SRAM工作原理

​ 静态随机存储器（SRAM）的存储元是用双稳态触发器（六晶体管MOS）来记忆信息的，因此即使信息被读出后，它仍保持其原状态而不需要再生（非破坏性读出）。

 

​ 上图为双稳态触发器。若T2管导通，则T1管一定截止，此时A点为高电平，B电为低电平，假定此时为存1状态；反之（当T1管导通时）则为存0状态。

​ SRAM的存取速度快，但集成度低，功耗较大，价格昂贵，只要不断电，触发器的状态就不会改，一般用于高速缓冲存储器。

​ 应用Cache。

DRAM工作原理

​ 动态随机存储器（DRAM）是利用存储元电路中栅极电容上的电荷来存储信息的，DRAM的基本存储元通常只使用一个晶体管，所以它比SRAM的密度要高很多。

 

​ 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

​ 电容放电信息被破环，是破坏性读出。读出后应有重写操也称“再生”；读写速度慢；每个存储元制造成本更低，集成度高，功耗低。

​ 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）；每次刷新一行存储单元。

集中刷新：指在一个刷新周期内，利用一段固定的时间，依次对存储器的所有行进行逐一再生，在此期间停止对存储器的读写操作，称为“死时间”，又称访存“死区”。

 

优点：读写操作时不受刷新工作的影响；
缺点：在集中刷新期间（死区）不能访问存储器。
分散刷新：把对每行的刷新分散到各个工作周期中。这样，一个存储器的系统工作周期分为两部分：前半部分用于正常读、写或保持；后半部分用于刷新。这种刷新方式增加了系统的存取周期，如存储芯片的存取周期为0.5μs，则系统的存取周期为1μs。

 

优点是没有死区；
缺点是加长了系统的存取周期，降低了整机的速度。
异步刷新：异步刷新是前两种方法的结合，它既可缩短“死时间”，又能充分利用最大刷新间隔为2ms的特点。具体做法是将刷新周期除以行数，得到两次刷新操作之间的时间间隔t，利用逻辑电路每隔时间t产生一次刷新请求。

 

这样可以避免使CPU连续等待过长的时间，而且减少了刷新次数，从根本上提高了整机的工作效率。

DRAM芯片的读写周期

 

SRAM和DRAM的比较

特点    SRAM    DRAM
存储信息    触发器    电容
破坏性读出    非    是
需要制新    不要    需要
送行列地址    同时送    分两次送
运行速度    快    慢
集成度    低    高
存储成本    高    低
主要用途    高速缓存    主机内存
存储器芯片的内部结构

存储器芯片由存储体、I/O读写电路、地址译码和控制电路等部分组成。下图为存储芯片结构图。

 

存储体（存储矩阵）。存储体是存储单元的集合，它由行选择线（X）和列选择线（Y）来选择所访问单元，存储体的相同行、列上的位同时被读出或写入。

地址译码器。用来将地址转换为译码输出线上的高电平，以便驱动相应的读写电路。

目前DRAM大多采用双译码结构，如下图所示。

 

采用地址线复用技术，使用行列地址双译码结构，行、列地址分两次送，是为了减少选通线数量。

若有28个芯片，单地址译码需要256条选通线，而双地址译码只需要24+24=32条选通线。

I/O控制电路。用以控制被选中的单元的读出或写入，具有放大信息的作用。

片选控制信号。单个芯片容量太小，往往满足不了计算机对存储器容量的要求，因此需用一定数量的芯片进行存储器的扩展。在访问某个字时，必须“选中”该存储字所在的芯片，而其他芯片不被“选中”，因此需要有片选控制信号。

读/写控制信号。根据CPU给出的读命令或写命令，控制被选中单元进行读或写。

3.2.2 只读存储器
只读存储器（ROM）的特点

ROM中一旦有了信息，就不能轻易改变，即使掉电也不会丢失。

1）结构简单，所以位密度比可读写存储器的高。
2）具有非易失性，所以可靠性高。
ROM的类型

掩膜式只读存储器（MROM）

厂家按照客户需求，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

一次可编程只读存储器（PROM）

用户可用专门的PROM写入器写入信息，写一次之后就不可更改

可擦除可编程只读存储器（EPROM）

EPROM不仅可以由用户利用编程器写入信息，而且可以对其内容进行多次改写。

不能取代RAM，因为编程次数有限，且写入速度很慢（写入前要先擦除）

UVEPROM（ultraviolet rays）–用紫外线照射8~20分钟，擦除所有信息
EEPROM（也常记为E2PROM，第一个E是Electrically）–可用“电擦除”的方式，擦除特定的字
闪速存储器（Flash Memory）

在EEPROM基础上发展而来，断电后也能保存信息，且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**。

每个存储元只需单个MOS管，位密度比RAM高。

应用：U盘、SD卡

固态硬盘（SSD）

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。

SSD速度快、功耗低、价格高。目前个人电脑上常用SSD取代传统的机械硬盘。