如何保证存储器按字边界对齐_半导体随机存取存储器

主存储器的基本组成

一、基本半导体元件及原理

一个存储元由“电容”和“MOS管”两部分组成，可以存放一位二进制0/1。

MOS管是一种半导体元器件，可以理解为一种电开关，输入电压达到某个阈值时，MOS管就可以接通导电。

电容是用来存储电荷的，根据电容是否保存电荷两种状态来对应二进制的0和1。

如何读写存储元中保存的二进制

读：给MOS管加一个高电平信号(可以理解为输入一个二进制1)开关打开，电容中的电荷就可以通过MOS管往外流出，当在输出端检测到有输出电流时，说明存储元中保存的是1，没有电流说明保存的是0。

写：给输入端和MOS管都加高电平，电容充电，然后MOS管加低电平(断开MOS管)，让电荷保存在电容中。

多个存储元排成一行就构成了一个存储单元，多个存储单元就构成了存储体(存储矩阵)。

一次可以读出的二进制位数就是存储字长，存储器每次读或写的单位都是一个存储字，因为从属于同一个存储字的存储元件的MOS管的控制端都连在同一根线(字选线)上，要么同时都接通(高电平)，要么同时都关闭(低电平)。

注意存储字长和字节的区别：存储字长由存储单元中存储元器件的个数决定，字节固定8bit。

二、存储器芯片的基本原理和结构

计算引脚个数

地址线、数据线、片选线、读写控制线。

存储器容量的表示：存储单元个数 * 存储字长

三、存储器的寻址

1. 寻址过程——如何根据地址确定存储字(存储单元)

给出n位地址，对应2^n个存储单元。

①CPU通过地址总线将n位地址传送到地址寄存器MAR中。

②译码器根据地址寄存器MAR给出的n位地址，把它转变成某一条字选通线的高电平信号。

③这样对应的存储字的存储元件都会被选通，就可以通过数据线(位选线)把每位的二进制数据传送到MDR中。

④CPU再通过数据总线从MDR中取走整个字数据。

在寻址过程中，还需要控制电路来控制协调MAR、译码器和MDR。

• 保证电信号稳定后才执行下一步操作。

• 提供片选线或用来选择芯片(每个内存条有多个存储芯片)

  注：当有上划线时表示低电平有效(0有效)，没有上划线时表示高电平有效(1有效)

  • CS(Chip Select)芯片选择信号

  • CE(Chip Enable)芯片使能信号

• 提供读写控制线

  1、读写控制线分为单独两根线：WE非 和 OE非

  • WE(Write Enable)：允许写

  • OE(Output Ready)：允许读

2、读写控制线公用一根线WE非：低电平写，高电平读。

2. 寻址方式

注意：编址方式和寻址方式的区别！——编址方式由硬件部件决定，即每个存储单元的存储元个数(一次刷新行的存储元数)，寻址方式可以由软件设定。

编址方式通常有按字节编址和按字编址两种：

按字节编址每个字节对应一个地址，硬件设计上，每个存储单元的存储元个数=8

按字编址就是“以机器字长为单位对存储器进行划分编址”，再说得直白点就是“以机器字长为存储字长进行编址”，硬件设计上，每个存储单元的存储元个数=机器字长。即此时存储字长等于机器字长。

字长通常指的是ALU一次操作可以处理的最大数据长度，通常这个长度也等于CPU内通用寄存器的大小，我们常说的32位、64位指的就是字长。而这个不加任何前缀的字长，通常就是指机器字长。

机器字长的含义是数据通路的宽度。

数据通路是指CPU内部数据流经的路径以及路径上的部件(比如数据总线，寄存器)，这些部件的宽度要一致，才能匹配。

所以字长=CPU总线的宽度=运算器的位数=通用寄存器的宽度。

寻址方式有多种，可以按字节编址后，再按字寻址。寻址编址中的字都指的是机器字长！因此，在谈论之前先要告诉机器字长。只有知道机器字长后，才能知道一个字占多少字节。

假设机器字长32位，则一个字4B。

按字寻址：

对于按字寻址，知道字地址后，把字地址算术左移2位，就可以得到该字的起始字节的地址。实现了字地址到字节地址的转换。

对于双字寻址和半字寻址则同理。

SRAM和DRAM

SRAM(Static Random Access Memory)：静态随机存取存储器

DRAM(Dynamic Random Access Memory)：动态随机存取存储器

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。

DRAM芯片和SRAM芯片的核心区别在于存储元件不同。

DRAM芯片使用栅极电容存储信息，SRAM使用双稳态触发器存储信息。

栅极电容和双稳态触发器的区别

类型特点	栅极电容	双稳态触发器
破坏性读出	是	非
集成度	高	低
成本	低	高
功耗	小	大

DRAM和SRAM的区别

DRAM的刷新

通常电容内的电荷只能维持2ms。即使不断电，2ms后信息也会消失。因此2ms内必须给电容充电。即所谓的刷新。

多久需要刷新一次？——刷新周期一般为2ms

每次刷新多少存储单元——以行为单位，每次刷新一行存储单元

有n位地址，则对应有2^n根字选通线，当n很大时，选通线过多，硬件实现上很难，就将n位地址分为行地址和列地址，减少字选通线的数量，使电路变得简单。

此时存单单元以矩阵的形式展现。

如何刷新——会有一个专门的硬件支持，读出一行的信息后重新写入，占用1个读/写周期。

何时刷新——三种方式

DRAM的地址线复用技术

行、列地址分两次送，可以使得地址线减半。因此地址线引脚数减半！！

注：SRAM不用地址复用是因为SRAM集成度低，存储容量小，行列地址也不多，就不用分两次送地址。

非易失性存储器ROM

ROM和RAM都是支持随机存取的存储器。

ROM的类型

• MROM(Mask Read-Only Memory)——掩模式只读存储器

  厂家按照客户需求，在芯片生成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。

• 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，写一次之后就不可更改。

• EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)——可擦除可编程只读存储器

  允许用户写入信息，之后用某种方法擦除数据，可进行多次重写。

  • 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E是Electrically)——可用“电擦除”的方式，擦除特点的字。

• Flash Memory——闪存(U盘、SD卡都是闪存)

  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。每个存储元只需单个MOS管，位密度比RAM高。

注：由于闪存需要先擦除再写入，因此闪存的“写”速度要比“读”速度更慢。

• SSD(Solid State Drives)——固态硬盘

  由控制单元+存储单元(Flash芯片)构成，与闪存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。手机辅存也使用Flash芯片，相比SSD使用的芯片集成度高、功耗低、价格贵。

主板上的BIOS芯片(ROM)，存储了“自举装入程序”，负责引导装入操作系统(开机)。

虽然这块ROM芯片被集成在主板上，但逻辑上还是把它算为主存。也就是说主存由RAM和ROM组成，并且统一编址。

考题

一、引脚总数

二、DRAM刷新方式

三、DRAM刷新+引脚数