考研408复习日志

计算机组成原理

>半导体存储芯片简介

（1）半导体存储芯片的作用
半导体存储芯片是执行系统数据的存储与读取的，如果是写操作 ，则前往数据 总线， 将要写的数据写入由地址总 线传输而来的地址，如果是读操作，就 前往地 址 总线，获取 要读的地址，获得指定数 据后， 再送到数据总线，交给系统处理。
（2） 半导体存储芯片的基本结构 半导体存储芯片的核心是存储矩阵，是一种可以存储数据的电路，我们这里以 一个16 x8位的存储矩阵为例，与之配合的，还有译码电路，和读写控制电路，以 及外围的地址 总线和数据总线，如下图1所示：

图1

     接下来，我们来讨论译码电路和读写控制电路，以及片选线的原理及作用。

1.片选线
      首先要知晓的是，我们在上面举出的16x8位存储器的例子，实际情况下存储 芯 片内部会包含多个这样的16x8位的存储器，而我们每一次对存储芯片进行 操作时 ，并不是一定会对芯片内所有的存储矩阵进行操作，更多时候，我们会 选择其中 的某一片进行操作，这时，就需要使用片选线CS（Chip Select）选 中某些芯片， 没有被选中的芯片不会被操作。

2.读写控制电路
     当地址总线发来一个地址，存储矩阵它自己是不知道是要对这个地址进行 读操作还是写操作的，所以这时，就需要控制线，来决定对该芯片进行的是何 种操作。 如果控制线WR（Write/Read）指明的是写操作，则存储芯片从数据总 线上取下待写入的数据D，然后根据地址总线的发送的地址A，将该数据D写 入地址A。 如果控制线WR（Write/Read）指明的是读操作，则存储芯片从地址总 线上取下地址A，到存储矩阵指定地址获得数据D，再将数据D发送至数据总 线上，交由系统处理，流程图如图2所示：

图2

3.译码电路
     这里是一个重点，为什么要设置译码电路？它的原理是什么？（以下是我个人 见解，欢迎讨论）。 为什么要设置译码电路？因为在计算机系统之中，地址总线诸如地址线的数量 等规格是固定的，而存储芯片的容量却不是唯一的，这就好比某种货币，在全世界 范围内是流动的，但是如果到了不同的国家，如果要和他国进行交易，就得采用汇 率换算，计算机中也是如此，存储芯片会根据本身存储矩阵的大小，对地址总线发 来的地址信号进行译码，使得能够和本身的存储矩阵相兼容。 它的原理是什么？在讨论这个问题前，我们先来说明两个知识点。 #知识点一： 如果有n根线，每一根线有两种状态0和1，那么n根线在一起，能够表示的数据 范围有多大？如果n根线全为0，则表示的数据是0，若n根线全为1，则表示的数据 是(2^n) - 1，所以，n根线能表示的范围就是：0~(2^n) - 1 #知识点二： 如果给定一个X-Y坐标系，X轴代表的是从0到n的整数，Y轴代表的是从0到n 的整数，如果要确定坐标轴中唯一一个点，只需要（X1,Y1）坐标即可。 现在我们来讨论译码的电路的原理，有两种：

（3.1）线选法
      其原理正如知识点一所示，我们假设有一个16x8位的存储矩阵，如图3所示：

图3

     A3,A2,A1,A0是四根地址线，据 知识点一可知，A3~A0这四根地址线 在0和1的变化中，有16种组合方式 ，即0000~1111，这16种组合方式就 对应着存储矩阵中的16行，每一行为 8位，当读写控制电路设定为读操作 时，A3 A2 A1 A0 = 0010，就会选中 第二行，并且通过8位数据线，将第 二行的8位数据传输出去，当读写控 制为写入时，A3 A2 A1 A0 = 0010， 数据总线上假设有0x80这个数据， 则存储矩阵会选中第二行，并且将0x 80，即1000 0000写入第二行，如图 4所示。

图4

（3.2）重合法
     其原理如知识点二所示，我们假设存在一个1k x 1位的存储矩阵，也就是32 x 32位，如图5所示。

图5

     A0~A4有32种组合，A5 到A9也有32种组合，而 根据知识点二可知，一 个唯一的点可以由一个 （X1,Y1）给出，所以 ，当A0~A5 = 00000， A5~A9 = 00000时，就 可以直接选中[0.0]位， 配合读写控制电路就可 以完成对该位的读或写 。

4.两种方法的分析与比较
      线选法，又叫单译码，优点是操作简单，使用一个方向的译码电路就可以完成 地址译码的工作，但缺点是仅仅适合存储容量小的存储芯片，因为随着存储容量变 大，地址线的根数变多，存储矩阵就要设计更多的列线，给电路集中造成了麻烦。
     重合法，又叫双译码，适合的是存储容量大，地址线数量多的芯片。

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！
》》2021/6/6于赣州

下一期内容：随机存取存储器