考研408复习日志

计算机组成原理

>随机存取存储器RAM基本概念

（1）随机存取存储器（RAM） Random Access Memory，即随机存取存储器，这个名字的由来，是因为当我们给定一个存在于 存储芯片的内存地址后，我们访问这个地址所花的时间，不会和这个地址大小有正比或者反比的关系 ，因为存取都是随机的。 RAM分为两类，一类称为静态随机存取存储器，另一类称为动态随机存取存储器，这两类在存储元密度，运行速度，功耗等指标上，有着明显区别。
（1.1）动态随机存取存储器（DRAM）
（1.1.1）基本原理
     该类存储器的基本原理是：利用电容储存电荷，用字线决定MOS的导通/截止，当字线为高电平 ，即选中该存储元，如果电容中存在足够的电荷，那么电荷就会通过MOS管流到数据线上，数据线 即判断该存储元存储的是信号1（即高电平），反之，如果选中该存储元后，MOS管也导通后，数据 线并未检测到电荷的流动，则说明该存储元存储的是信号0（即低电平），具体原理图和流程图如图 1，图2：

图1
图2

（1.1.2）性能指标
#存取速度：
     衡量存取速度的指标是存取周期的大小，存取周期一般包括读周期和写周期，这里我们讨论 读周期。 由之前的基本原理部分可知：如果存储的数据是1，那么当数据线检测到电流从电荷流出后 ，就说明电容中已无电荷，等于变成了存储数据0，我们仅仅是想要读取该存储元的内容，而不应 该破坏它，但是就目前情况来看，就好像是看完一本书后，就把书烧掉一样，所以DRAM的读取 方式是破坏式读取，那么要保证读取完数据之后，源数据保持不变，就得在读取完后，再写一次 ，所以每一次数据的读取都包含两步：读取数据，重写数据。 并且图1之中，电容不是完全绝缘的，所以其上的电荷会逐渐流失，一般来说，充电完成之 后，2ms左右的时间，电荷就会流失掉大部分，所以需要定时刷新，保持原有的电容状态，而刷新的方式我们之后会讲到。
     所以就目前而言，DRAM的读周期是包括读数据，重写数据，且定时刷新。

（1.1.3）DRAM的刷新
     我们假设有一个128x128的存储矩阵，存/取周期为0.5us，刷新方式是按行刷新刷新一行的时 间 是0.5us，再生周期是2ms。
#存/取周期中刷新
     当进行了一次存/取操作后，立刻对第一行进行刷新，所以一次存/取+刷新耗时是1us，也 就是说只需要128us就可以对128x128的存储矩阵进行刷新，这就叫"分散刷新"，把每一行的刷 新任务放到每一个存/取周期之中。

#再生周期中最后刷新
     以再生周期为周期，再生周期前面一部分时间，用来进行正常存/取操作，但是再生周期 最后一段时间，用来给存储矩阵进行刷新，2ms一共有4000个0.5us，而最后要花费128个周 期对存储矩阵的128行进行刷新，(128/4000) x 100% = 3.2%，称之为死时间率，因为在刷新 期间，CPU无法对存储器进行存/取操作的（刷新是存储器自己完成的，CPU不介入控制 ）， 所以称之为死时间，这种刷新方式称之为"集中刷新"。

#再生周期中规律刷新
     在再生周期中按照一定规律刷新，再生周期为2ms，要对128行进行刷新，故2ms/128 = 15. 6us，也就是说每隔15.6us，就刷新一行，占用0.5us的时间，这种方式称之为"异步刷新"。 分散刷新的缺点是：将刷新操作和存/取操作一起作为一个周期，导致了周期变长，系统速 度下降。 集中刷新的缺点是：在再生周期的末尾进行刷新操作，虽然不会对前期的存/取操作有干扰 ，但是末尾这一整片的时间，CPU都不能对其进行操作，变成了死时间，降低了系统工作的效 率。 异步刷新则是克服了以上两种方式的缺点，将死时间降低的同时，又不影响系统速度，而 且如果把刷新操放在译码阶段，由于此时CPU并不对存储矩阵进行操作，即可大大节省间，具体如图3所示：

（1.2）静态随机存取存储器（SRAM）
（1.1.1）基本原理
     请查阅教材，需要对双稳态电路和NMOS，PMOS性质有一定了解，这里不细说（想了解的请私信我，408复习该知识点不要求）。

（1.1.2）性能指标
#存取速度
      因为SRAM的存储元是由6个MOS管构成的双稳态电路，所以并不会像DRAM一样要定 时刷新，而且也不是破坏性读出，数据读取之后源数据是不受影响的，所以在存取速度这一块 ，SRAM可以说是完胜DRAM的，SRAM的存取速度可以达到DRAM的8~16倍，但是，价格也 是DRAM的8~16倍，功耗也是如此，并且，由于SRAM是采用六晶体管构建的存储元，单位体 积内，SRAM的存储元数量是不如DRAM的，但是胜在速度快，所以一般来说，SRAM是充当 CPU和主存（DRAM）之间的高速缓冲器（Cache）。

（1.3）补充内容
（1.3.1）DRAM的地址线复用技术（了解就行）
     如果要对地址0000111100001111进行存取操作，我们先将它发送至译码器，因为DRAM 的存储容量较SRAM是大了许多的，故存储元数量也是巨大的，如果把这16位地址一股脑地发 到译码器，译码器就得有2^16根片选线，这显然要命，所以我们这里把地址拆开来，拆成两个 8位，分批发送，那么就只要2 ^8根线，就可以了这就叫地址线复用技术。

PS:后续还会定期继续更新内容，直到考研结束！（想继续和我一起讨论的点波关注哦），我主要是想定期督促自己！哈哈！
》》2021/6/10于赣州

下一期内容：只读存储器

最后

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