2017.0703.《計算機組成原理》-動態RAM


動態RAM

1.動靜態的區別是存儲原理的不同,但是它們的命名是由過程中的動作的差別,如動態的過程中有刷新的動作。

2.動態RAM比靜態的RAM的集成度要高,功耗要小(集成度代表着完成一個相同的功能所需的器件數,動態RAM所需的MOS管數比靜態所需的要少)。

單管動態基本單元電路的集成度比三管動態基本單元電路要高。

動態RAM中的電容存儲着電荷,電荷的多少代表着存儲的信息。動態RAM中的電容相當於靜態RAM中的雙穩態觸發器,具有記憶功能。

動態RAM比靜態RAM有優勢,這才會導致動態RAM的誕生。動態RAM中,單管比多管有優勢,這又導致了單管RAM的誕生。

3.三管動態基本單元電路

 三管動態基本單元電路中,電容的周邊有三根MOS管充當的控制管,最右側還有一個預充電信號的MOS管。

作為基本單元電路,肯定要有兩條行列選擇線,本質上是地址線(這里是錯誤的,在動態RAM中,沒有看到行列選擇線)。但是三管動態RAM的線路和靜態RAM的基本單元電路不同的是,讀寫控制線和數據線是同一條線。→這里的理解是錯誤的,還有些混亂。如果單純地從動態三管基本單元電路來看的話,只有四條線,呈井字型。這四條線分別是讀寫數據線和讀寫控制線,從中我們看不到任何的行列選擇線。芯片都是由基本單元電路的矩陣構成,芯片中肯定要有基本單元電路的行列選擇線,這里沒有看到,只能說明一點,行列選擇線采用了一種復用的形式。

芯片中每一行的矩陣擁有兩條行選擇線,一條充當讀控制線,一條充當寫控制線。這兩條線每次用一條。復用原理

同樣的,芯片的同一列擁有兩條列選擇線,一條是讀數據線,另一條是寫數據線。這兩條線每次用一條。復用原理

其實靜態中的讀寫數據線和讀寫控制線是間接鏈接在一起的。

在基本單元電路的內部的三個控制管,有兩個是屬於讀寫控制線。

4.三管動態基本單元電路的讀過程

整個基本單元電路中,右側讀的結構比寫要復雜一些。有三個控制管,一個是預充電信號,一個是讀選擇線的控制管,最后一個是電容的控制管。三管RAM的讀是一個反饋的過程,這和靜態RAM的讀不太一樣。我們先充電,給了讀數據線一個“1”信號,但這並不是最終的讀輸出信號,還要依據電容中的存儲信息產生變動。如果不在讀數據線的輸出端添加一個反向器,那么電容中的存儲信息和輸出信息是相反的。電容的下方接的是地,當電容有足夠多的電荷時,讀數據上的高電平會被導通到地,放電。

從整個大的芯片結構來看的話,動態RAM要比靜態RAM多出好幾樣部件,行選擇線多一條,預充電信號,刷新放大器,這都是多出來的。

5.三管動態RAM基本單元電路的寫過程

無論是讀過程還是寫過程,讀寫選擇線一定是有高電平的。一旦寫操作被執行,那么寫數據線和電容之間都被導通了。如果寫數據線上是高電平,那么無論電容中是怎樣的情況,都會給它沖足夠多的電荷,使它為1,如果寫數據線為0,那么電容就通過控制管放電至0.

6.單管動態基本單元電路結構

整體結構過於簡單,只有兩條線,一條充當控制線,另一條充當數據線,一個MOS控制管,一個電容。

7.單管動態基本單元電路的功能

通過電容的充放電來讀或者寫。

簡單分析下動態單管基本單元電路的讀寫過程,水平的是數據線,垂直的位線是控制線。兩種控制線復用,兩種數據線復用。這就是集成度提高的原因。具體系統分辨出位線何時充當讀控制線,何時充當寫控制線,我們還不清楚,但是不影響我們理解這個讀寫的機制。位線顯示為讀控制時,電容和數據線導通,電容中有電荷時,數據線有電流通過,讀出信號1。電容中無電荷時,數據線中沒有電流通過,讀出數據為0。寫的過程更為簡單,無論是三管還是單管,寫過程普遍比較簡單。位線顯示為寫控制時,數據線上有電荷,那么電容就不停地充電,電容存儲的信息就為1。數據線上沒有電荷,那么電容中也就不會存在電荷,寫入的信息則為0.

 

舉例來說明三管動態芯片和單管動態芯片

三管動態芯片和靜態RAM芯片有很大的不同。

我們回想一下之前靜態芯片的整個工作流程,除了存儲矩陣,行列選擇線,讀取控制器和讀寫控制線,片選線。在這個體系中,每一行存儲矩陣只有一條行選擇線聯通,而動態RAM三管芯片則是兩個行選擇線,這兩條線還充當讀或者寫選擇線的作用(既充當行選擇的作用,也充當控制線的作用),靜態芯片列選擇線在每一列中是兩條位線,這兩條位線也擔當着讀或寫數據線的間接通路,不是讀寫數據線,數據線在讀寫控制器上接着。但是動態三管芯片的兩條列選擇線或者說位線,則就是讀或寫數據線。還有一點不同是,在動態芯片中,每一列的下面都有一個刷新方法器,這是由於動態存儲的原理決定的。


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