主存储器的组成

组成

存储元

是由电容和mos管组成的

mos管是一种电控开关，只要输入电压达到一定的量，就可以接通

然后再电容的两侧产生电势差，让电容存储电荷来表示1

存储单元（存储字）

八个这样的存储元就可以算一个存储单元 （当然也可以是16个）

存储体

而多个存储单元就构成了我们要学的存储体

数据总线（宽度=存储字长）

根据地址获取我们要操作的存储字

这涉及到译码器的使用

他会根据地址寄存器，转变成某个选通线的高电平信号

如果地址存储器n位的，那么就有 2^n 个存储单元，总容量的算法是

存储单元个数x存储字长

也就是2^n *8bit

我们在控制时候，还需要添加个控制电路，只有当MAR（地址存储器）的稳定后，控制电路才会打开 译码器

同样也要在 MDR（读写的数据）稳定之后才会去读取

另外控制电路还需要对外提供cs（chip select）和ce（chip enable）两条片选线，当头上有划线，表示低电平有效

以及读控制线和写控制线

如果是两根线：

we（write enable）代表可以写

oe 代表可以读

如果是一根线：

we 低电平的时候代表可以写，高电平代表可以读


内存条：

一块内存条可能包含多个存储芯片

片选线就可以帮我们选择需要读取的那个单元芯片

每一个芯片都会有好几个金属引脚，如下图，每一根地址线都可以看作一个引脚

因此如果题目问你有几个金属引脚，就是问你有几个地址线


常见的描述方式：

8x8位的存储芯片

8K x 8位 就是2^13 x 8bit (此时地址线有13位，数据线有8位) 在加上片选线和读写控制线，那么最后就一共有 23根线

8K x 1位 就是 2^13 x 1bit （13，1）

64K x 16位 就是 2^16 x 16bit （16，16）

具体为什么8K=2^13 ,因为8=2^3 1K=2^10


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sram和dram

static ram 和dynamic ram

dram一般用于作为主存，而sram用来作为cache

高频考点

他们的对比

Dram的刷新

Dram的地址线复用技术

Dram 上面的信息就是dram

dram 是用栅极电容存储信息的

栅极电容的读写

当读出1的时候，mos管接通，电容放电，数据线上产生电流

当读出0的时候，mos管接通无电流

而电容放电信息被破坏，是破坏性读出，读出后应有重写操作，也称为再生

Sram

是用双稳态触发器存储信息

双稳态电路是这样的，需要用到6个mos管道


而双稳态触发器的读写

读出数据的时候，触发器保持稳定，是非破坏性的读出，无需重写

因为不需要重写，所以双稳态读写更加快

栅极电容只需要一个mos，
因此制造成本更低，集成度高，功耗低

双稳态触发器需要6个mos
因此制造成本高，集成度低，功耗大

下面表格对比


刷新：

栅极电容：如果电容里的信息只能维持2ms，即使不断电，2ms信息也会消失，所以需要一直刷新

双稳态：只要不断电，触发器状态就不会变

刷新一般每2ms刷新一次，每次以行为单位，刷新一行存储单元

如果数据贼多，比如说有n位，就需要有2^n根选通线，这个在工程上有点难实现，因此，我们使用二维排列

把存储单元排列成2^{n/2} x 2^{n/2} 这样每次刷新就只需要2^{n/2}+2根选通线即可

根据地址选中存储单元

如果此时地址八位全0，那么按照一维排列，译码器就去选择第0根

如果按照二维排列 就有两个译码器，而地址的前四位表示行地址，后四位表示列地址 emm看图


​

电容最长坚持2ms，读写周期是0.5us ，如果dram排列是128x128


但是他们其实都已经过时了，现在的主存通常使用sdram

rom

rom一般分为好几种

MROM （mask read-only memory）-掩模式只读存储器

厂家按照客户的要求，在生产芯片的时候写入数据，之后任何人不可重写，只能读出

PROM（programmable read-only memory）-可编程只读存储器

用户可用专门的PROM写入器写入信息，写一次后不可更改

EPROM（erasable programmable read-only memory）-可擦除的只读存储器

允许用户写入，之后用某种方法可以擦除数据，多次重写

UVEPROM（ultraviolet rays） 用紫外线照射8-20分钟可以擦除所有信息

EEPROM （Electrically）可以用电擦除方式，擦除特定的字

闪存 -闪速存储器（u盘 sd卡这些就是闪存）

u盘每个存储元很小，因此集成度很高

在EEPROM的基础上发展来，即使断电后也能保存信息，而且可以多次快速擦除重写，由于需要先擦除再写入，因此闪存的写比读速度慢

SSD（solid state drives）

由控制单元和存储单元组成，与闪存的区别在于控制单元不一样，但存储介质类似

可以多次快速擦除重写，ssd速度快，功耗低，价格高，一般个人电脑都用ssd取代传统机械硬盘

我们手机里使用的也是Flash芯片，但是相比于ssd，手机的集成度更高，功耗更低，价格更贵

苹果的闪存芯片当黄金卖不是没道理的

主机上bios芯片，存储了“自举装入程序”

虽然bios芯片在rom上，但是逻辑上，我们要把它看成主存的一部分

也就是说，如果bios容量是1kb，cpu会先给bios分配0-1023的地址，主存ram是从1024开始的

双端口ram


多体并行存储器

即使是单cpu，cpu的读写速度也比内存要快很多，因为内存需要有恢复期，如果cpu需要连续读取，就必须要等待恢复时间

多体并行存储器可以解决这个等待时间的问题（可以理解为，插入四根内存条）

此时有两种方法

高位交叉编址的多体存储器

由两个体号和三个体内地址表示

体号代表它在哪一根存储体，体内地址表示它在当前存储体的第几个地址

但是体号在前

低位交叉编址的多体存储器

和高位差不多

只是体号在后

每个存储体的存储周期为T

存取时间为r

高位和低位的时间消耗如下图

为了让流水线不间断，魔块术m应该等于t/r，这样效率达到顶峰，

如果m<t/r 那么会出现cpu等待内存的情况

如果m>t/r 那么会出现M0闲置的情况，都不是我们想要的

不间断时候读取m个字所需的时间为：t1=T+(m-1)r
如果是四路，那么T=4r



如果题目说n个DRAM x位的芯片组成了nx位的存储器，那么这时候就要使用同时启动的方式 因为刚好对上

如果对不上，那么就采用流水线工作方式