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此系列为王道计算机考研组成原理精细笔记

计算机组成原理-第三章(3)DRAM和SRAM 计算机组成原理计算机组成原理-第三章(3)DRAM和SRAM一、原理二、DRAM和SRAM的区别2.1 存储元栅极电容双稳态触发器 2.2 芯片特性2.3 刷新2.4 地址 总结

计算机组成原理-第三章(3)DRAM和SRAM

  这个小节当中,我们会介绍两种特定类型的存储芯片。一种叫SRAM一种叫DRAM。

  之前,我们提到过RAM它指的是随机访问存储器,意思就是说,当我们指定某一个存储单元的地址的时候,这个存储单元的读取速度并不会因为存储单元的物理位置而改变。

  其中DRAM这个D的是dynamic 就是动态的意思,SRAM的S指的是static,就是静态的意思。

注意:知识点来了 DRAM这种存储芯片通常会被用于制造主存 而SRAM会被用于制造Cache也就是高速缓冲存储器 在这里插入图片描述 一、原理

  DRAM和SRAM芯片的核心区别:存储元不一样

在这里插入图片描述   我们的DRAM芯片是用栅极电容,用这种电容的充放电来存储和读取信息的。SRAM芯片是用双稳态触发器来存储信息。

  有关触发器的知识可以参考数电模电的书籍

  关于DRAM芯片的知识可以参考上一节

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  关于SRAM值得我们注意的是:它为什么叫双稳态的触发器呢?

因为这种触发器这个存储元,它可以呈现出两种稳定的状态。第一种稳态就是A这个点是高电平,B这个点是低电平,那么当呈现出这种状态的时候,我们规定这种状态对应二进制的1,而如果说A是低电平 而B是高电平 那么我们就规定这种状态对应二进制的0,所以用这个触发器的两种稳定的状态 我们就可以记录此时存储的是二进制的1还是0

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另一方面

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二、DRAM和SRAM的区别

  上面,我们提到过:DRAM和SRAM芯片的核心区别:存储元不一样

2.1 存储元 栅极电容

  读出数据的时候,对于这种栅极电容来说,如果它存储的是一个二进制的1那么就意味着这个电容上面会存储一些电荷,而我们接通MOS管把这个二进制的1读出的过程,其实就**意味着我们需要把这些电容里边存储的这些电荷给释放掉。**就是要给电容放电。

  这个电容放电之后,就会导致它所表示的信息由1变为了0,因此,当我们读出这种栅极电容里边存储的信息之后,其实这个栅极电容里边存储的信息是被我们破坏掉了。

那如何解决这个问题呢? 我们需要进行重写的操作,也就是需要给这个电容重新进行一次充电,这是电容的物理特性导致的。所以栅极电容的读操作是破坏性读出。 双稳态触发器

如果我们采用双稳态触发器的话,那么既然它叫稳态,那么就意味着当我们读出数据之后,这个触发器的状态依然是保持稳定的,也就是说:对于双稳态触发器的读操作是非破坏性的读出。

总结:

栅极电容 它里边只需要一个电容和一个MOS管,体积小,成本低,集成度高,功耗低。

双稳态触发器 总共需要六个MOS管,体积大,成本高,集成度低,功耗高。

2.2 芯片特性 DRAM的读写速度要比SRAM要更慢一些。 因为,栅极电容的读操作是破坏性读出,所以DRAM芯片需要比SRAM多一个重写操作。 也正因为如此,SRAM常用来制作Cache,DRAM常用制作主存。

另外一点:

不管是SRAM还是DRAM这两种芯片都属于易失性的存储器,也就是断电之后信息会消失。

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2.3 刷新

  由于DRAM芯片采用了这种栅极电容来存储电荷电容,里边虽然可以存储电荷,但是这个电荷有可能会慢慢的流失。 也就说,不管它的话,那么这个电容里边存储的这些电荷,过一段时间之后就会消失,那这样的话就会导致电容里边存储的信息会出现误差。由1又变为了0。通常存储器里采用的这种电容,它的电荷只能维持两毫秒的时间。

  双稳态处发器的话,只要我们给这个触发不断的供电,就比如说一直供一个五伏的电,无论过多久,那么只要不断电这个处发器的状态,就不会发生改变,也就是保存的0和1是不会消失的。

  由于电容里的电荷只能存储两毫秒,因此在两毫秒之内我们必须给这个电容刷新一次,也就是给电容充电

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电容多久刷新一次:2ms

每次需要刷新多少个存储单元? 这儿我们说的是存储单元,每个存储单元会由多个存储元构成。 我们每次刷新存储单元的个数,是以行为单位来计算的,每次刷新一行。

只要我们给出一个行地址,那么行地址译码器就会选中一整行的这个存储单元。我们每一次的刷新操作就会刷新一整行,那怎么刷新呢? 答:会有一个专门的刷新电路来支持,刷新电路会直接读出一整行的存储单元的信息 然后重新写入。

  我们刷新一整行,其实本质上就是做了一次读操作,所以它的耗时和我们的一个读写周期的耗时差不多。

我们应该什么时候进行刷新呢? ① 分散刷新:每次花0.5微妙完成正常读写之后,都会刷新一行。也就是,两毫秒的时间内总共会有2000次刷新操作。 ② 集中刷新:集中的安排一段时间把128行存储单元全部进行刷新 因为,此时系统的存取周期,或者说读写周期同样是0.5微秒。在这段时间内CPU无法对存储器进行读或者写,所以,集中刷新的这段时间,我们把它称为死时间或者叫死驱。所以这种集中刷新的方式也不太科学。 ③ 异步刷新:每一个刷新周期内,我们只需要保证每行都刷新一次就可以。那不能想到我们可以把每一行的刷新分散到不同的时间段。那两毫秒之内总共需要128次刷新,在刷新的这段时间内CPU同样不能对存储器进行读或者写。那这种刷新策略,我们把称为异步刷新。

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2.4 地址

送行地址和列地址SRAM是同时送的,而DRAM是分两次送的。

  DRAM的地址线是采用了复用技术,也就是和地址所对应的引脚数目应该是要减半的。

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总结

  下一节是只读存储器ROM,期待大家和我交流,留言或者私信,一起学习,一起进步! 在这里插入图片描述



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