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

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:
在这里插入图片描述

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:
在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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

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