主存储器

主存储器

1. 主存储器的性能指标

• 存储容量、速度、价格

  1. 存储容量

     • 存储容量是指存储器所能容纳的二进制信息总量，即可存储多少位二进制信息代码。
     • 存储容量 = 存储字数(存储单元数) × 字长

       例如：PDP-11/23 计算机主存容量为64K字，字长为16位，则可以表示为64K×16位，或128KB

     • 常用的计量存储器空间的单位是KB2^10B、MB2^20B和GB2^30B
     • 存储器地址码的位数决定了主存可直接寻址的最大空间。

       例如：某存储器的地址线12根，数据线16根，则该存储器的容量是2^12 × 16位，即4K × 16位。

  2. 存储器的速度

     • 一般用存储器的存取时间、存储周期和存储器带宽来衡量。
       1. 取数时间：存储器接到读命令信号到期数据输出端有信号输出为止的时间，他取决于存储介质和方为机构的类型。
       2. 存储周期：存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间
       3. 存储器带宽：单位时间内可写入存储器或从存储器取出信息的最大数量。

  3. 存储器的价格

     • 存储器的价格常用每位的价格来衡量。

2. 主存储器的工作原理

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3. 随机读写存储器

静态MOS存储器

1. 存储位元
   • 只要不对SRAM断电，存放在里面的数据一直保存。SRAM速度快，一般访问时间十几个纳秒，被广泛应用到Cache中。
2. SRAM存储器的组成
   • 包括存储体、读写电路、地址译码器和控制电路等部分。
     • 存储体：所有存储位元的集合
     • 地址译码电路：二进制码转换成输出端电平。
     • 地址译码分为两种方式：线性译码和双向译码。线性译码一行一个字，双向译码一个XY坐标确定一个字。
     • 相比较而言，线性译码器结构简单，但选择线太多；双向译码方式线少但结构复杂。
3. SRAM的读/写过程

动态MOS存储器

1. 存储位元
   • DRAM存储位元读操作是电容放电，是破坏性的读，读完需要数据再生。
   • 由于电容存在漏电阻，为长时间保存信息，需要定时充能，就是所谓的刷新。
   • 刷新和再生都是将电容上的信息重写一遍。再生是配合读操作进行的，而刷新是定期对存储矩阵进行扫描，扫描到哪个位元就重新读写那个。
   • DRAM集成度高、功耗低、成本低。常用于计算机主存。
2. DRAM存储器的组成
   • 采用双向译码，时分复用。
3. DRAM读写过程
4. DRAM的刷新
   • 刷新周期：从上一次刷新结束到下一次对整个DRAM全部刷新一遍为止。
   • 通常，DRAM允许的单元刷新间隔时间是2ms。
   1. 集中式刷新
      • 在一个刷新周期中，利用一段固定的时间，依次对DRAM的所有行注意刷新，再刷新期间禁止读/写存储器，这段时间被称为访存“死区”。

        eg: 64K × 1 位DRAM中，存储电路由 4 个独立的 128 × 128 的存储矩阵组成，设存储矩阵的存储周期为 500 ns ，单位刷新间隔是 2ms。则每个刷新周期内可以安排 4000 个周期，其中必须有 128 个周期用于刷新，其余 3872 个周期用于正常的访存操作。 访存“死区”时间为 128 × 500ns = 64μ 秒。占整个刷新周期的 3.2 %。

      • 集中式刷新的缺点在刷新期间，存储器处于禁止访问状态，“死区”时间过长，不利于系统并行设计。
   2. 分散式刷新
      • 把每一行的刷新分散到各个存储周期中。每个存储周期被分为两个阶段，前一阶段进行正常访存，后一阶段刷新某一行。存储周期增长一倍。

        eg：同样以上述芯片为例，存储周期为 1000 ns (增长为集中式的一倍)， 刷新周期为 128μ 秒。则在每个 2ms 内包含 2000 个存储周期，存储矩阵的每行在一个 2ms 内被刷新 10 次以上。

      • 分撒刷新没有充分利用允许的最大刷新周期，延长了存储周期缩短了帅鑫周期，从而降低了计算机系统的运算速度。
   3. 异步式刷新
      • 异步式刷新采取折中的办法，在 2ms 内分散的把各行刷新一遍。

        eg: 存储周期扔为 500ns ，则刷新信号周期为 2ms/128 = 15.625 μs。刷新电路每隔 15.625 μs 产生一个刷新信号，刷新一行。

4. 只读存储器

5. 高性能主存储器