408 计算机组成原理

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SRAM与DRAM ​

考情分析 ​

SRAM/DRAM 对比和 DRAM 刷新计算是 408 高频考点，几乎每隔一两年必考一次。重点掌握刷新周期计算方法和"死区"概念。

SRAM ​

静态随机存取存储器，用 6 个晶体管组成一个触发器（双稳态电路）存储 1 位。

特点：

  • 不需要刷新，只要有电，信息就保持
  • 速度快（0.5～2 ns），用作 Cache
  • 集成度低，功耗大，成本高

结构示意：每位 6 管（T1～T6），两个反相器形成互锁，T5/T6 控制读写。

DRAM ​

动态随机存取存储器，用 1 个晶体管 + 1 个电容存储 1 位。

特点：

  • 利用电容存储电荷表示 0/1，电容会漏电，需要定时刷新
  • 速度较慢（50～100 ns），用作主存
  • 集成度高，功耗小，成本低

刷新：对存储单元重新充电，恢复原来的数据。

SRAM vs DRAM 对比 ​

特性SRAMDRAM
存储元件6 管触发器1 管 1 电容
是否需要刷新不需要需要（~2 ms）
速度快（ns 级）慢（几十 ns）
集成度低高
功耗高低
成本高低
存取时间与存储周期几乎相等存储周期 > 存取时间（需恢复时间）
典型用途Cache主存

DRAM 刷新方式 ​

DRAM 的刷新以行为单位，每隔一个刷新周期（通常 2 ms）必须把所有行刷新一遍。

集中刷新 ​

在刷新周期结束时，集中安排一段时间，逐行刷新所有行。

  • 优点：刷新时间固定，实现简单
  • 缺点：刷新期间 CPU 不能访问存储器，这段时间称为死区（死时间）

设存储器有 r 行，刷新一行需要一个存储周期 tc，则死区时长为 r⋅tc。

分散刷新 ​

把每个存储周期分为两部分：前半段正常读写，后半段刷新一行。

  • 优点：不存在死区
  • 缺点：存储周期被延长为原来的 2 倍，存取速度降低
  • 刷新一遍所有行只需 r 个存储周期，刷新间隔缩短（可能过于频繁）

异步刷新（最常用） ​

将刷新操作均匀分散到整个刷新周期内，每隔固定间隔刷新一行。

设刷新周期为 T，存储器有 r 行，则每隔 T/r 安排一次单行刷新。

刷新间隔=Tr
  • 优点：死区短（只有一个存储周期），刷新频率合理
  • 缺点：需要定时器和刷新地址计数器

例题：存储器有 128 行，刷新周期 2 ms，存储周期 0.5 μs。

刷新间隔=2 ms128≈15.6 μs

每隔约 15.6 μs 刷新一行，死区长度 = 一个存储周期 = 0.5 μs，占比极小。

刷新周期计算模板 ​

参数符号
行数r
存储周期tc
刷新周期T（通常 2 ms）
死区（集中刷新）r⋅tc
刷新间隔（异步）T/r

非易失性存储器（ROM 与 Flash） ​

RAM（包括 SRAM 和 DRAM）属于易失性存储器，断电后数据丢失。非易失性存储器则断电后仍能保持数据。

ROM 的分类 ​

类型全称可编程性特点
MROM掩模式 ROM出厂固化，不可改可靠性高，批量成本低
PROM一次可编程 ROM用户可编程一次写入后不可修改
EPROM紫外线可擦除 PROM多次编程，紫外线整片擦除擦写次数有限，速度慢
EEPROM电可擦除 PROM多次编程，电擦除，字节级操作速度慢，适合小规模参数存储
Flash闪存多次编程，电擦除，块级操作速度快，U盘/SSD 的基础

RAM 和 ROM 都支持随机访问。ROM 的优点：结构简单、位密度比 SRAM 高、断电不丢失。

Flash 存储器 ​

在 EPROM 基础上发展而来，兼具 ROM 和 RAM 的部分优点：

  • 断电后信息长期保存
  • 支持电擦除与在线重写，不需要紫外线等特殊设备
  • 读取速度接近 RAM，但写入速度显著较慢（读写不对称）
  • 写入前必须先擦除，擦除以块为单位

现代主板的 BIOS 存储在 Flash 中，用户可在线升级固件。Flash 也是 U 盘和 SSD 的核心存储介质。

DRAM 地址复用 ​

DRAM 芯片的地址引脚数通常是行/列地址引脚数，行地址和列地址分时复用同一组引脚，通过 RAS―（行地址选通）和 CAS―（列地址选通）信号区分。

好处：减少引脚数量，降低封装成本。

若存储矩阵为 n 位地址，地址线只需 n/2 根（行列各一半）。

考点清单 ​

  • 存取时间 ≠ 存储周期：存储周期 = 存取时间 + 恢复时间（DRAM 尤为明显，恢复时间用于电容再充电）
  • SRAM 不需刷新，DRAM 需要刷新；SRAM 用于 Cache，DRAM 用于主存
  • 刷新以行为单位，刷新操作不需要 CPU 干预（由存储器控制器自动执行）
  • 集中刷新有死区，分散刷新无死区但速度减半，异步刷新是折中方案
  • 死区长度 = 行数 × 存储周期（集中刷新）
  • 异步刷新间隔 = 刷新周期 / 行数
  • DRAM 地址引脚分时复用，行列地址各占一半引脚
  • ROM 和 RAM 都支持随机访问；ROM 断电不丢失，RAM 断电丢失
  • Flash 读快写慢，写前需先擦除（块级），是 SSD 和 U 盘的基础

真题练习 ​

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