计算机组成原理第三章 13 主存芯片的构成 主存和CPU之间的连接 字扩展和位扩展 $\color{red}{2^n}$

主存储器存储芯片的构成 单个存储器芯片和CPU的连接

首先我们需要知道主存储器由多个存储芯片构成，每个存储芯片内含有多个存储单元，而主存使用的芯片一般是DRAM，我们下面介绍的就是DRAM，但是现在的主存一般是使用SDRAM了。

在计算机中存储的都是高低电平的电信号，通过高电平代表1，低电平代表0。接下来我们看看一个存储芯片是如何存储这些二进制高低电平信息的：

存储芯片是通过存储元来存储高低电平信息的，一个存储元可以存储一个二进制信息。

  $(1)$存储元

一个存储芯片中包含了很多的存储单元，一个存储单元由多个存储元构成，一个存储元对应可以存储一位的二进制0或者1信号。

简单来看，存储元由这两个部件构成：
1.MOS管
2.一个下极板接地的电容

电容：在高中物理我们就有接触过电容这一元器件，电容由上极板，下极板和夹在中间的介质组成。对于电容这一元器件来说，当上下极板产生电压差以后，电荷就会在电容中产生流动，可以起到对电容进行充电的作用。在计算机中，电容内含有电荷表示二进制的1信号，不含有电荷则表示二进制的0信号。

MOS管：MOS管是一个半导体元器件，MOS管有一定的导通电压，只有当电压达到导通电压以后，MOS管才会导通，才能通过电流。如果没有达到导通电压，MOS管就是断开的，无法通过电流。

注：MOS管是一个半导体元器件，半导体的意思就是半导通，半绝缘，MOS管高电平时导通，低电平时绝缘。

存储元是如何存储二进制的信息的？

如何存储二进制的1信号？
1.给MOS管一个导通电压，使其导通以后能够通过电流
2.输入一定的电压，电荷随着导线流动到电容的上极板，上下极板产生电压差，电容内电荷流动，对电容起到充电作用。
3.电容充电完毕以后将MOS管断开，这样电荷就保存在电容中了。

如何存二进制的0信号？
不做任何操作，电容内不存储电荷就是代表二进制的0信号。

如何读取存储元中的二进制01信号？

给MOS管一个导通电压，使其导通，电容内的电荷会随着导线流出。在电流的出口处进行检测：
1.检测到电流，说明为二进制的1。
2.没有检测到电流，说明为二进制的0。

在明白了存储元以后我们看下存储单元是如何设计的：
一个存储单元就是由多个MOS管组成，一个存储单元的内容MOS管被一根导线串联在一起，所以只要红色的这跟导线发送一个高电平信号，处于一个存储单元的MOS管就都会被导通，加上每个MOS管都连接了数据总线，这样我们一次就可以读出一个存储单元的数据，这也是为什么我们之前说每次读取的基本单位是一个存储单元。

在明白了存储单元的设计以后，我们开始融入其他的部件：
事实上一个完整的存储器芯片是如下的(不包括MDR和MAR)。
对此我们进行一一的介绍：
![在这里插
在这个图中，具有两个译码器蓝色的那个译码器位于CPU和主存之间，其不在主存内，其用于翻译CPU发送的片选信号，然后翻译以后导通对应的片选线，因为片选线连接了CPU内的译码器，所以CPU可以使用片选线来决定是否需要让译码器进行工作，即让存储芯片进行工作。CPU传输给蓝色译码器的信号可能是使用地址线充当的，不一定是控制线。

所以对于蓝色的译码器和主存内的译码器，我们分别说明其作用：

主存内的译码器：：翻译MAR传输的地址，并给对应存储单元的字选线一个高电平信号，n位的MAR就有n条地址线,有$2^n$个地址，即这么多个存储单元，对应就有 2 n \color{red}{2^n} 2