静态存储器的介绍

Slide1. SRAM的全称是static random access memory，它是一种最常用的memory,核心部分是两个cross-coulped inverter 组成的bi-stable latching circuit，通常称为flip-flop的电路。SRAM static的特性主要是它不需要像DRAM那样定期对存储的数据进行刷新，只要Vdd 不掉电，数据就可以稳定存储。SRAM最主要的应用就是缓存，缓存的作用是在CPU和内存之间进行数据缓冲。像智能手机这样的一些高端电子产品，SRAM是必不可少的。SRAM之所以可以做缓存是因为它有一个最为重要的优点：speed, SRAM的读写频率可以到几个Giga Hz，比DRAM至少快一个order。SRAM最大的劣势在于density 比较低，用的最多的SRAM是所谓的6T traditional SRAM, 1个bitcell有六个MOSFET组成，与SRAM对应的DRAM只需要一个MOSFET加一个capacitor。bitcell占用面积大导致desity低,density低造成cost 高，具体表现是同样容量的缓存会比内存条造价高很多。

Slide 2. 这是一个目前典型的memory 架构，CPU+3级缓存再加内存条，其中一级缓存经常用8T dual port SRAM,可以用两个port同时读写，速度最高，集成度也最低，三级缓存会用high-density design的SRAM，集成度最高，速度最低。从下面这幅实物图可以清楚看到multi-core 和三级缓存做在一起，stand alone的SRAM已经很少看到，一些低端的电子产品在介绍CPU性能参数的时候不会把缓存的信息单独列出来，但是对于像智能手机这样高端的电子产品，缓存的容量和工作频率绝对是一个重要的性能指标。下面这张图根据价格和读写速度对memory进行一个排列，硬盘速度最低，价格最便宜，内存条其次，缓存速度最高，造价也最高。接下来这张图是SRAM发展的roadmap,绿线对应左边的纵坐标，表示SRAM density的变化情况，每往前推进一个generation, desity翻倍，红点对应右边的纵坐标，表示SRAM 工作频率的变化情况，每推进一个generation, speed 提升15%. 最新的一些信息显示Intel基于22nm tri-gate finfet 工艺的SRAM, 工作频率最高可以达到4.6GHz。最后看一下我们公司SRAM的一个大概的情况，已经进入量产的基

于40nm low-leakage process 用于high density application 的面积最小的bitcell是0.242平方微米，desity 是4Mb/平方毫米，这个数值很容易算，你拿一个平方毫米除以一个bitcell的面积就得到了density, 我们公司像客户提供32Mega SRAM product,同时gurantee natural yield 在90%以上，所谓的natural yield是指在不加redundancy的情况下看到的yield,我们foundry向customer提供的都是natural yield. 什么是redundancy我稍后会讲。28 127 bitcell design target 暂时定的是128mega, 但是困难很大，目前28PS 127 还没有yield。28PS 155的64M SRAM array yield大概在10%到20%。28HKMG 情况更糟，127和155在nominal vdd 下都没有看到yield。

Slide 3. 这是最常用的6T-SRAM的基本电路图，1个bitcell由六个transistor 组成，四个NMOS 和两个PMOS。这个电路图的连接关系似乎有点乱，我们看一下简化的电路图，SRAM的核心部分是两个cross-coupled inverter 组成一个正反馈回路，可以保证SRAM有两个稳定的存储状态“0”和“1”，电荷存储在n1和n2两个storage node里面，n1和n2的电容主要是寄生电容和耦合电容，所以SRAM和DRAM从大的方面来说属于，与此相对应的是非易失性存储器，最典型的是flash,flash有专门的电荷存储介质—floating gate,电荷被写入之后，即使vdd掉电，电荷也可以被保存很长时间，通常是十年甚至更久。除了主体部分的两个inverter还有两个pass gate主要用于控制数据读写。

slide 4. 这幅图是SRAM array的layout，每一个黄色的框框代表一个bitcell,整个SRAM array 就是这些bitcell的高度重复，我们把SRAM array里面具有数据存储以及读写功能的最小重复单元称为bitcell. 需要特别指出的是，严格意义上来讲，只要array里面有一个biecell 不能function,这个SRAM array就废掉了，到了32nm之后，process variation 越来越大导致bitcell fail的几率越来越高，同时array volume也越做越大，最终导致整个SRAM array yield很低，在这种情况下怎么提升yield？答案是加redundancy，具体来讲就

是在array边上额外放上几行或者几列SRAM, 如果ARRAY 里面有bitcell fail的情况出现，通过相应的寻址操作找出fail那个bitcell所在的那一行或者那一列，用额外加的这些SRAM 将其替换掉，额外加入的那些SRAM bitcell就是redundancy。Redundancy 说白了就是在那cost换取yield, 是在process variation越来越大的情况不得以采取的应对措施，在design的时候要不要加redundancy要由customer来决定。把SRAM一个bitcell放大之后就是下面这幅图，请大家注意bitcell layout的一个特点：中心对称。这是SRAM对mismatch 非常敏感的一个重要原因。后面这张图是SRAM的SEM照片。前面有提到过，SRAM最大的劣势是bitcell占用面积大，为了尽可能省面积，SRAM经常选用logic里面接近甚至超越minimum rule的device, 这是SRAM mismatch 很严重的最重要原因。最后这张表列出了40ll 242 bitcell device的width和length，可以明显看出，PD width最大，PG 其次，PU最小，为什么是这样的一种排序，在cell ratio 那一部分会讲到。

Slide5.这是SRAM一个block的示意图，SRAM array做得很大比如128mega的时候需要很多block。SRAM要能够实现数据读写功能，除了array主体部分之外，还需要相应的pheriphery就是控制电路，包括用于行选列选的pre-coder/decorder，用于read 的SA，用于write的write driver,以及用于数据输入输出的I/O和buffer

Slide5.对于随着技术不断往前推进，电子产品性能飞速提高，同时功耗也越来越大，对于memory而言，它可以占到整个SOC总功耗的一半以上。相比较而言，待机功耗会更重要，因为电子产品大部分时间还是处于standby状态。那总功耗可以分为两个大的部分：static和dynamic,也可以称为standby和active。Static power与leakage和待机电压成正比，dynamic这部分与load capacitance、工作频率以及工作电压有关。降低功耗的最简单办法就是降低电压，SRAM有一些特殊称谓，SRAM total leakage称为standby current,最小待机电压称为DRV，最小工作电压称为Vccmin。制约整个SOC的Vccmin不

能很低的原因很多时候就是SRAM的Vccmin降不下来，是什么东西在制约SRAM的Vccmin,我在mismatch model那里向大家解释。

Slide 6.下面我们来看SRAM最简单的一个状态：standby，也成为hold或者retention。

在standby的是时候，WL接低电位，这样PG就关掉了，保证bitcell不与外界发生数据交换，同时precharge bitline和bitlinebar到高电位，为数据读取做准备。下面引入SRAM 最最重要的一条曲线：butterfly curve。它对于SRAM 的重要性到了一种怎么样的程度呢？如果你去查阅一些关于SRAM的paper,只要有需要比较SRAM 性能的地方基本都会把butterfly curve show 出来，所以理解butterfly curve是SRAM的关键所在。Standby状况下的butterfly curve是最简单的，应为我不需要考虑PG的影响，它就是两个cross-coupled inverter对应的voltage transfer curve, 简称VTC，它是inverter最基本的特性。之所以称为butterfly curve是因为它很像蝴蝶翅膀。我们最关心的是embedded在butterfly curve里面的两个square,在理想情况下，也就是不考虑mismatch的时候，这两个square 完全相同，整个butterfly curve关于y=x对称，我们把内嵌最大的square对应的边长称为static noise margin, 这是SRAM最重要的一个概念。Hold static noise margin 可以用来表征SRAM在standby 情况下的稳定性，这个值越大，表明SRAM待机状态越稳定，这个值的大小有什么决定？引入SRAM第一个ratio:alpha ratio, PU 与PD idsat的比值，与PG无关，因为PG是关掉的，这个比值越大，hold margin越大。Butterfly curve 一般有三个交点，左上和右下的交点分别对应SRAM“0”和“1”两个稳定的存储状态，中间的交点是准稳态，只存在于理论上，处于这种状态的SRAM很不稳定，稍微有一些noise，就会向两外两个稳态演化。

Slide 7.借助hold butterfly curve 引入SRAM DRV的概念，DRV是指在保证数据正

常存储的前提下最小的待机电压。我们当然希望DRV越小越好。我们看一下理想情况下也就是不考虑mismatch时候的DRV, 当vdd变小的时候，内嵌的那个square也跟着变小，当vdd小到一定成的的时候，这两条VTC相切，这是临界点，Vdd再小一点点，两条VTC 就没有交点了，稳态点不存在了，换句话说就是data hold不住了，那存储的信息就会丢失，standby fail.

Slide 8.这是我拿model实际仿真的结果，vdd减小，hold margin跟着减小，到0.06v 的时候降为0, 我把这幅图单独摘出来，这是理想情况不考虑mismatch, DRV大概是0.06V，考虑mismatch的话，DRV会大很多。这是65LL ULP 525 实测的DRV分布情况，里面包含了mismatch, 要保证测到的所有bitcell都能够正常存储数据，DRV大概是0.7v。从这里大致可以看出mismatch 的作用有多么大。

Slide 9.前面讲的DRV是从电压角度衡量待机功耗，另外还可以从电流的角度去看，也就是standby current。待机条件下，WL关掉，BL和BLB precharge到高电位，standby current 定义为从Vdd 流到Vss端总的leakage current,包含了6个transistor 全部的leakage, 根据电流守恒，vdd和vss 两端的电流相等。这是65nm的一个leakage path 示意图，每个generation都可能不一样，所以仅仅可以参考。减小standby current是降低待机功耗的一个有效途径，加合理的body bias可以有效抑制leakage。

Slide10. 下面要讲的是SRAM最重要的一个操作：read. 我以read”0”为例。在读取操作之前先进行precharge,保证两根bitline上电压完全相等。然后关掉precharge电路，打开WL，这时候PG开启，同时n2节点是高电位，PD也开启，PD和PG组成通路，有电流流过，这个电流称为Iread或者Icell。另外，PD和PG组成的通路进行分压，结果是导致n1节点的电位被拉高到某一个逻辑低电位，大约是0.1-0.2V, 这称为read disturbe，一旦这个值接近或者超过PD2的阈值电压，PD2就会开启，把n2节点电位往下拉，并通过正

反馈回路，把n1节点电位进一步拉高，最后导致存储状态发生改变，我们成为bitcell flip,一个读取操作造成bitcell状态发生变化，这是不允许的。在n1节点电压被上拉的同时，BL 电位被拉下来，把BL和BLB电压送到SA，通过比较就可以判定bitcell存储状态。这就是read操作的工作原理。Iread之所以重要，是因为不考虑SA判断时间的时候，read time 有一个简单的表达式，read time跟BL上的capacitance成正比，跟Iread成反比，我前边有提过，SRAM最大的优势是速度快，所以要实现快速读取数据，Iread就要足够大，同时BL capacitance足够小，我们可以简单估算一下read time的量级，BL capacitance大概是0点几个fF,量级是10的负十六次方，BL上的电压降大概是0点几伏，分子量级是十的负十七次方，Iread大概是几十微安，分母量级是十的负五次方，最后得到read time大概是pico second。实际要考虑worst case，同时加入SA耗费的时间，最后这个值大概是几百ps,到一个纳秒，取倒数对应的频率是1到几个Giga Hz，DRAM通常是几十到几百mega Hz。所以SRAM比DRAM速度快很多。

Slide11.那么如何衡量，bitcell在读操作中的稳定性？还是要看butterfly curve。在读操作的过程中，WL是高电位，PG是开启的，我们看左边inverter对应的VTC，就是蓝色实线，当n2输入低电位的时候，n1输出高电位，PD关闭，PG source-drain等电位，对inverter基本没有影响，当n2输入高电位的时候，就会有read disturbe,导致read butterfly curve对应的逻辑低电位会被拉高到0.1v附近，同时square变小。把hold和read butterfly curve放在一起就很容易看到这种变化，read margin比hold magin 小很多，所以read是6T-SRAM的worst case。如果RSNM过小，bitcell就有flip的危险。

Slide11.read margin 的大小是由什么决定的呢？我们引入SRAM的第二个ratio:beta ratio。在读操作的时候，最主要的影响来自与PD和PG，PD越stronge，PG越weak，n1节点的电位就越不容易被拉高，beta ratio定义为PD和PG Idsat的比值，我们可以看到,

增大beta ratio可以减小read disturb,有效增大read margin,提高bitcell 在read过程中抗干扰的能力。

Slide 12.下面介绍SRAM 的最后一个操作：写操作。我以写“1”为例。Bitcell初始状态是”0”,将bitline还是precharge的高电位状态，将bitlinebar拉低到ground, 同时打开wordline，n1是低电位，PL2开启，与PG 2组成通路，PG2 一端接低电位，将n2节点下拉，n2节点电位拉低通过正反馈回路将n1节点电位拉高，最终实现写’1’操作.。

Slide13 那么如何判定一个bitcell写入的能力呢？还是butterfly curve. 左边inverter 再写入过程中电压配置和read时候完全一样，因此输出一条正常的VTC,但是右边的这个inverter加上PG2情况就不一样了，应为blb接地，不再接Vdd，这时候当n1输入低电位的时候，通过PU和PG组成的通路很快将输出端n2电位拉低，也就是n1出入低电位的时候，n2不在输出高点为，而是输出了一个接近低电位的电压。这两条VTC组成了SRAM 的write butterfly curve。

Slide13 我们同样可以用write margin 来衡量一个bitcell写入的能力，那么write margin的大小？我们引入SRAM第三个ratio:gamma ratio，我们可以看到，在写操作的时候，起主要作用的是PU和PG，因此gamma ratio定义为PG与PU idsat之比，PG越strong,PU越weak，越容易通过bitlinebar将n2节点电位下拉，write margin 越大，写入越容易。

Slide13 前面介绍了SRAM的三个ratio,分别用来表征SRAM hold stability, read stability以及write ability，我们希望这三个ratio都越大越好，很可惜，如果你把这三个ratio乘在一起就会发现结果是1，这说明这三者之间有trade-off,其中两个变大，另外一个一定变小。在实际应用的时候beta ratio是第一位要考虑的，gamma ratio其次。为了是beta ratio大于1，PD 的width会比PG 大，为了是gamma ratio尽可能大，PG width

比PU大很多。这就解释了前边提到过的三颗device width的排列关系，同时也可以说明，为什么SRAM layout尺寸变化很小，一般就是变化几到十几纳米，因为，你懂其中任何一颗device,都会有side effect,比如你把PG AA变小，PG idsat就变小，beta ratio就会变大，但同时gamma ratio就会变小，bitcell写入能力变差，最后read fail表少，但write fail 变差。

Slide14 最后看一下SRAM 会有哪些failure mode。read有两种fail机制，第一，iread太小，导致read speed太慢，甚至根本读不出来，第二，RSNM过小，导致读的过程中bitcell存储状态发生反转。Write有一种fail，就是因为write margin过小，导致在一定时间内写不进去，具体表现就是写入前后状态一样。随着将来工作频率越来越高，对于write的挑战越来越大，因为cycle time很短，差不多就是几百个ps,在这么短的时间内要把数据顺利写入困难蛮大的。另外提一下，standby current一般不作为判断bitcell能否正常工作的标准，array里面某些bitcell standby current过大，不会导致bitcell不能工作，但整个array的total leakage不能超出一定的范围。

Slide 15 在将SRAM model之前有必要把process variation进行简单分类。从process control的角度可以把process variation分为两大类:systematic和random。Systematic又可以分为两类，layout dependent和global，SRAM 不需要考虑layout dependent，比如LPE/WPE/LOD，因为SRAM的layout 基本是固定的。Global主要是在生产过程中的non-uniformity造成的，比如在退火过程中，wafer可能会由于受热不均匀产生温度梯度，表现为从wafer中心到边缘位置电学特性有特定的分布规律。Random variation就是指mismatch,指的是同一个die里面离得很近的两个device之间的差异。之所以要强调离的很近主要是因为离得比较远的两个device会包含由于空间位置不同造成的差异，而这部分差异属于global variation的范畴。Mismatch里面占主导地位的是RDF，可以占到60%以

上。业界比较认可的能够准确量测process variation的是addressable 的DMA，因为DMA有个重大的优势，sample size比较大。只有sample size比较大的情况下萃取出的process variation才比较可靠。

Slide 15 这幅图是semitronix在40上面评估的结果，当sample size比较小的时候，得到的process variation会有fluctuation,只有当sample size比较大，接近1000个的时候得到的数值才趋于平稳，比较可信。

Slide 16 造成mismatch的因素很多，这里只列举几个最重要的。请大家注意由于RDF造成的Vt variation的公式，sigmaVt与面积开平方成反比，这是mismatch的一个重要特征，除了RDF之外，还有LER，主要是patten的时候造成的，以及oxide thickness 的fluctuation。

Slide 17 从hierachy的角度可以把process variation分为ltl,wtw和wiw三组，wiw 再往下分，可以包括dtd和within-die,最后一级就是mismatch, global variation 的方差是这三级方差之和，local mismatch是各种机制产生的variation对应的方差之和，因为各种机制对mismatch的影响彼此之间独立，所以可以简单相加。Total variation的方差是global和local对应的方差之和，因为global和local 之间也是相互独立的。

Slide 17 上面这幅图讲的是大家比较熟悉的pelgrom提出的理论，mismatch对应的sigmaVt 或者sigmaId与device面积开平方成反比，随着technology不断往前推，device area不断shrink，导致mismatch越来越严重，mismatch的概念很早就有了，但是直到65、55引起大家的重视，到40的时候，mismatch称为total variation的决定因素，我们公司也是在40的时候才真正意识到local mismatch的重要性。下面这幅图是40ll 242 PD 这颗device mismatch的一些基本情况，我们可以看到，geometry factor,也就是根号WL 分之一大概是12.6，1个sigma vt mismatch是35.6mV, total 一个sigma是38.1mV，算

比值的时候要用方差，所以是平方相比，最后结果是local占total的87%，sigmaId情况也差不多，说明local在dominant整个process variation，我借用SPICE team NMOS sigmadeltaVt Vs.geometry factor的这幅图，把SRAM 对应的那个点点上去，大家就会发现，SRAM的mismatch在那个红圈圈范围内。我总结了SRAM mismatch大的主要原因有两个：第一SRAM bitcell layout 与生俱来就有高度的对称性，这本身就是mismatch的结构，第二SRAM为了省面积，用到的device面积都很小。

Slide 18 Mismatch 对SRAM的performance变差，当考虑mismatch的时候，buttterfly curve对应的两个sqare大小不再相等，说明”0”和“1”两种状态不再对称。红线是typical case，蓝线是加入6sigma mismatch之后的情况，Mismatch会导致DRV, Read margin、write magin和iread 同时变差。

Slide 19 再来看一下SRAM model的架构，传统的fixed corner model不区分global 和local variation, corner range很大，缺点是它只能告诉designer，process最差或者最好的状况，不能提供任何关于电学性能统计分布的状况，比如随机run出一个sram bitcell，它能够正常工作的概率是多少？并且local mismatch越来越严重，array也越来越大，3*sigma慢慢包不住大部分的点，这时候就需要后边两种model, 40用的最多的是第二种，global-only fixed的corner model加mismatch model。Global corner专门用来cover global variation, 在global corner 上用统计的方法叠加mismatch。实际上global 这部分也是有服从统计分布的，为了更加match real-case,有了第三种model,full statistical model , 与第二套model唯一的差别是把global variation也用统计的方法描述，确定是model表面看不到任何corner的信息，只有run很多次monte-carlo才能确定corner的位置。

Slide 20 首先来看一下global only-fixed corner model,首先用3*sigma global

variation定出corner spec,用来cover gobal process variation. 然后可以看到sram performance跟global corner有依赖关系，对于RSNM 而言，worst case出现在FSG这个corner,而WM的worst case出现在SFG这个corner，下面这幅图是model实际仿真得到的结果，请大家注意，global variation 对butterfly curve的影响是使两个square同时增大同时减小，butterfly curve仍然关于y=x 对称。实际上SRAM 的worst case不仅跟corner有关，还跟温度和电压有关，高温会使RSNM和istby 变差，低温会使WM变差，如果不考虑temperature inversion,高温也会使iread变差，四个红圈圈指出了corner和温度组成的worst case。

Slide 21 再来看看vdd对SRAM performance的影响，Vdd scaling,会导致RSNM、WM 和Iread同时变差，Vdd增大会使istby变差。

Slide 22 如果不考虑mismatch，SRAM performance的worst case process corner/temp/vdd的一个组合，仔细观察你会发现，除了TT之外，SRAM四个corner正好被SRAM四种worst case performance 卡住，如果TT定不好，很容易使SRAM某个performance落在fail的区域。

Slide 23 下面来看一下对于SRAM最重要的mismatch model。我们知道如果sample size足够大，device vt和id 都是服从标准正态分布的，把SRAM中每个device相应的model parameter都用相互独立的一个高斯分布表示，用到的model parameter 与前面讲到的mismatch产生的几种主要机制相对应，RDF对应Vth和u0, LER对应XL和XW, oxide thickness fluctuation对应toxe。这样sram performance比如RSNM就由单一的一个值变成了统计分布，大家可以看到随着technology不断往前推，RSNM的分布发生了一些变化，mean值不断减小，分布却不断展宽，用统计的语言来讲，就是variation越来越大，bitcell fail的几率越来越大。右边这幅示意图是在global-only fixed corner 上面叠加

mismatch model后run MC 分析后的结果。

Slide 23 下面举一个RSNM实际仿真的例子来告诉大家mismatch如何使SRAM performance变差，蓝线是理想情况下的butterfly curve，两个square大小相等意味着读0和读1时候的stability相同，一旦加入mismatch,butterfly curve就变成了红线，一个square变大，另一个square变小，由于bitcell的存储状态有可能是0也有可能是1，所以我们要考虑worst case,就是二者中较小那个，RSNM从214mV drop到173mV，这只是加入mismatch后其中的一条curve，其它curve也是这样吗？我那mismatch model进行1000次monte-carlo分析，每run一次就出现两个值，对应RM0和RM1,对应坐标中的一个点，我把所有的点都画出来，大家就可以看出规律，RM0和RM1的相关系数是-0.5,属于一般负相关，说明其中一个值增大，另一个的变化趋势一定是减小。我们只关心那个较小值，所以mismatch一定是使RSNM变差。

Slide 24 这幅图是mismatch model仿真很多次之后画出的butterfly curve的一个分布，这个分布越宽说明process variation越大，情况越糟糕。右边这幅图是我在TT/25C/nominal Vdd 时把每一次run出的较小的那个RSNM的值提取出来，画成直方图，BPP自动给出mean和sigma, 那条蓝线是标准正态分布，可以看到，RSNM在3 个sigma 以内还是和标准正态分布很match的，下面这幅图是在RSNM的worst case FSG/0.9*Vdd/125度仿真的结果，mean值和sigma同时减小，sigma减小的原因主要是温度，我们在mismatch model里面加入了调整了mismatch随温度变化的一个trend,这个在稍后会有说明。右边是对应的纵坐标取对数以后的分布图，可以看到在high sigma的区域，RSNM的分布渐渐偏离高斯分布，这和paper中给出的结论一致，而我们最关心的恰恰是RSNM在left tail附近的分布情况，常规MC分析的sampling大部分时间话在mean 附近，如果要直接在tail位置抽样需要借助fast MC的方法。

Slide 25 讲完了RSNM的分布之后再来看一下关于Vccmin的一些情况。左边是40 242 32M array在silicon上量测到的不同corner lot Vccmin的分布，可以看到最后的Vccmin大概是0.88V,刚好是0.8*norminal Vdd，那Vccmin会跟什么有关？我们有了mismatch model之后可以得到RSNM和WM的分布情况，得到mean和sigma。我们知道对于Gaussian分布而言，sigma number与probability之间有个对应关系，比如落在1sigma区间内的概率是67%，落在3*sigma之内的概率大概是99.74%，与此类似，SRAM array volume与sigma number之间也有一个简单的对应关系，举个例子，比如我要是32M的SRAM array有很高的yield,每个bitcell pass的概率不能低于某个很接近于1的概率，这个概率又可以对应一个sigam number。我们的到了RSNM和WM的mean和sigam，然后查表知道32M array对应5.54个sigma，我们进行一个简单的外推，用mean 减去5.54个sigma，并把不同vdd下这个差值都计算出来，找到与y=0的交点，并取较大值，就得到了简单退出的一个vccmin，这个值比量测值偏小，虽然不够精确，但是可以说明问题，mismatch越大，RSNM和WM sigma越大，整条curve像由shift,交点变大，vccmin变大。

Slide 26 下面举个具体的例子讲一下mismatch 对SRAM的影响到底可以达到什么程度。现在有两家公司A和B都在做同一种类型的SRAM，两家公司定的TT corner和global corner 都一样，只是两家公司process variation不一样，A好一些，B差一些，具体而言A的sigmaVt是40mV, B比A大了10%,是44mV, 两家把model做好之后都用RSNM来指导design，A通过run mismatch model得到RSNM worst case情况下mean值是154mV，1个sigma是30mV, B的mean值也是154，但sigma是33mV。从分布曲线上可以看出A的分布很tight，B很loose。他们都用了相同的评判标准，如果1个bitcell RSNM大于0判定为pass,小于0判定为fail, 也就是RSNM可靠的范围都是0到154mV，

A用154除以1个sigma的值得到sigma number是5.13,查表得知可以design出一个3.4mega的sram array同时可以保证yield很高，B同样得到sigam number是4.67，一查表发现最多只能design出370K的一个SRAM。这两者之间array volumn最后8倍的差异完全可能是由于最初10%的Vt mismatch造成的，如果B不管mismatch非要把array做到3.4Mega,结果就是yield很低很低，根本没有竞争力。从这个简单的模型可以看出，mismatch对SRAM 的杀伤力是非常惊人的。

静态存储器-实验报告

计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成与结构 项目名称静态随机存储器实验 班级 学号 姓名 同组人员无 实验日期 2015-10-24

一、实验目的与要求 掌握静态随机存储器RAM 工作特性及数据的读写方法 二、实验逻辑原理图与分析 2.1 实验逻辑原理图及分析 实验所用的静态存储器由一片6116(2K ×8bit)构成(位于MEM 单元)，如下 图所示。6116有三个控制线：CS(片选线)、OE(读线)、WE(写线)，当片选有效(CS=0)时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作，本实验将CS 常接地线。 由于存储器(MEM)最终是要挂接到CPU 上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU 能控制MEM 的读写，实验中的读写控制逻辑如下图所示，由于T3的参与，可以保证MEM 的写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出。IOM 用来选择是对I/O 还是对MEM 进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。 XMRD XIOR XIOW XMWR RD IOM WE T3 读写控制逻辑 实验原理图如下如所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8 个LED 灯显示D7…D0的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED 灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器(74LS273,位于PC&AR 单元)给出。数据开关(位于IN 单元)经一个三态门(74LS245)连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。

实验四 静态随机存储器实验

实验四静态随机存储器实验 一．实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 二．实验设备 TDN—CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 三．实验内容 1．实验原理 实验所用的半导体静态存储器电路原理如图所示，实验中的静态存储器一片6116 （2K﹡8）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器（74LS273）给出。 地址灯AD0—AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。 因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7—A0，而高三位A8—A10接地，所以 其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE（片选线）OE（读线）WE（写 线）。当片选有效（CE=0）时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作。本实 验中将OE常接地，在此情况下，当CE=0 WE=0时进行读操作，其写时间与T3 脉冲宽度一致。 实验时将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其它电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW—B为 低电平有效，LDAR为高电平有效。 2．实验步骤 （1）在时序电路模块中有两个二进制开关“STOP”和“STEP”，将“STOP” 开关置为“RUN”状态，将“STEP”开关置为“STEP”状态。 （2）按“图4 存储器实验连线图”连接实验线路，仔细查向无误后接通电源。 由于存储器模块内部的连线已经接好，因此只需完成电路的形成、控制信 号模拟开关、时钟脉冲信号T3与存储模块的外部连接。 （3）给存储器的00 01 02 03 04地址单元中分别写入数据11 12 13 14 15，具体操作步骤如下：（以向00号单元写入11为例）

计算机组成原理实验静态随机存储器

实验二SRAM 静态随机存储器实验 存储器是计算机各种信息存储与交换的中心。在程序执行过程中，所要执行的指令是从存储器中获取，运算器所需要的操作数是通过程序中的访问存储器指令从存储器中得到，运算结果在程序执行完之前又必须全部写到存储器中，各种输入输出设备也直接与存储器交换数据。把程序和数据存储在存储器中，是冯·诺依曼型计算机的基本特征，也是计算机能够自动、连续快速工作的基础。 一、实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 二、实验设备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套。 三、实验原理 实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM单元），如图2-1所示。6116有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表2-1所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作，本实验将CS常接地。 图2-1 SRAM 6116引脚图 由于存储器（MEM）最终是要挂接到CPU上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU能控制MEM 的读写，实验中的读写控制逻辑如图2-2所示，由于T3的参与，可以保证MEM的写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出。IOM用来选择是对I/O还是对MEM进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。 表2-1 SRAM 6116功能表 CS WE OE功能 1 0 0 0× 1 × 1 不选择 读 写 写

XMRD XMWR XIOW XIOR RD T3WR 图2-2 读写控制逻辑 实验原理图如图2-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED 灯显示D7…D0的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED 灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR 单元）给出。数据开关（位于IN 单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。 RD WR 图2-3 存储器实验原理图 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR 都连接至CON 单元的CLR 按钮。实验时T3由时序单元给出，其余信号由CON 单元的二进制开关模拟给出，其中IOM 应为低（即MEM 操作），RD 、WR 高有效，MR 和MW 低有效，LDAR 高有效。

计算机组成原理上机实验报告

《计算机组成原理实验》课程实验报告 实验题目组成原理上机实验 班级1237-小 姓名 学号 时间2014年5月 成绩

实验一基本运算器实验 1.实验目的 （1）了解运算器的组成原理 （2）掌握运算器的工作原理 2.实验内容 输入数据，根据运算器逻辑功能表1-1进行逻辑、移位、算术运算,将运算结果填入表1-2。 表 1-1运算器逻辑功能表 运算类 A B S3 S2 S1 S0 CN 结果 逻辑运算65 A7 0 0 0 0 X F=( 65 ) FC=( ) FZ=( ) 65 A7 0 0 0 1 X F=( A7 ) FC=( ) FZ=( ) 0 0 1 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 0 1 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 移位运算0 1 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 1 0 0 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 1 1 0 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 算术运算 1 0 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 0X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 0X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 1 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 1 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 表1-2运算结果表

静态随机存储器实验

实 验 项 目 静态随机存储器实验实验时间2015-11-14 实 验 目 的 掌握静态随机存储器RAM 工作特性及数据的读写方法。 实 验 设 备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套 实验原理 实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM 单元），如图2-1-1 SRAM 6116引脚图所示。6116 有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表2-1-1 所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0 时进行读操作，WE=0 时进行写操作，本实验将CS 常接地。 图2-1-1 SRAM 6116引脚图 由于存储器（MEM）最终是要挂接到CPU上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU 能控制MEM的读写，实验中的读写控制逻辑如图2-1-2所示，由于T3的参与，可以保证MEM的写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出（时序单元的介绍见附录2）。IOM用来选择是对I/O 还是对MEM进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。

实 验 原 理 图2-1-2 读写控制逻辑 实验原理图如图2-1-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED灯显示D7…D0的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR单元）给出。数据开关（位于IN单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。 图2-1-3 存储器实验原理图 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。 实验时T3由时序单元给出，其余信号由CON单元的二进制开关模拟给出，其中IOM应为低（即MEM操作），RD、WR高有效，MR和MW低有效，LDAR高有效。

零总线翻转静态随机存取存储器(ZBT)简介

ZBT是Zero Bus Turnaround SRAM的缩写，即“零总线翻转静态随机存取存储器”。属于SRAM的一种，SRAM的类型有很多种，如下图所示： 1).ASRAM是普通异步静态随机存取存储器，该器件内部无参考时钟，读写时序比较简单，只要将控制信号选中指定地址和数据线即可读取或写入数据； 2).SSRAM是同步静态随机存取存储器，与ASRAM相比，内部多了一个参考时钟； 3).DPSRAM即Double Port SRAM，双口SRAM的意思； 4).Synchronous Burst SSRAM即同步突发SSRAM，读写速率比异步SRAM 快，主要有Flow-Through(直通方式)和Pipeline(流水线方式)两种操作方式； 5).DDR SRAM即双数据速率SRAM； 6).QDR SRAM即四倍数据速率SRAM，前面已经专题介绍过了； 7).ZBT SRAM即零总线翻转SRAM，也是本文的重点介绍内容。 记得之前在介绍RAM器件的时候介绍过，RAM器件在读/写操作间进行状态转换的时候，需要一些空闲指令周期NOP(No Operation)来进行过渡，普通SRAM

进行读操作时，数据滞后两个时钟周期，而写操作是即时的，从写操作状态切换到读操作状态需要等待两个时钟周期。 如果在某些需要频繁进行读/写操作切换的系统中使用普通SRAM的话，总线利用效率将会变得非常低。 为此，IDT公司联合推出ZBT SRAM，该器件通过简单的接口控制逻辑消除了读写操作转换的等待时间，在读写操作状态转换过程中无需等待，直接切换，总线利用率可达100%，非常适合读写操作频繁切换的场合。普通SRAM和ZBT SRAM读写状态切换对比图下图所示： ZBT SRAM根据所带有的接口的不同，可分为两种即pipelined ZBT SRAM 和flow -through ZBT SRAM，在pipelined ZBT SRAM中，读命令发出两个时钟周期之后，可得到读取的数据，写命令发出两个时钟周期之后，可以写数据；在flow - through ZBT SRAM中读命令发出一个时钟周期之后，可得到读取的数据，写命令发出一个时钟周期之后，可以写数据。他们都支持TTL和COMS I/O口标准。其总线操作过程如下图所示。

一文了解随机存取和非随机存取的区别

一文了解随机存取和非随机存取的区别 随机存取和非随机存取的区别1、随机存取就是直接存取，可以通过下标直接访问的那种数据结构，与存储位置无关，例如数组。非随机存取就是顺序存取了，不能通过下标访问了，只能按照存储顺序存取，与存储位置有关，例如链表。 2、顺序存取就是存取第N个数据时，必须先访问前（N-1）个数据（list），随机存取就是存取第N个数据时，不需要访问前（N-1）个数据，直接就可以对第N个数据操作（array）。 随机存取和非随机存取的结构1、顺序存储结构 在计算机中用一组地址连续的存储单元依次存储线性表的各个数据元素，称作线性表的顺序存储结构。 顺序存储结构是存储结构类型中的一种，该结构是把逻辑上相邻的节点存储在物理位置上相邻的存储单元中，结点之间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。由此得到的存储结构为顺序存储结构，通常顺序存储结构是借助于计算机程序设计语言（例如c/c++）的数组来描述的。 顺序存储结构的主要优点是节省存储空间，因为分配给数据的存储单元全用存放结点的数据（不考虑c/c++语言中数组需指定大小的情况），结点之间的逻辑关系没有占用额外的存储空间。采用这种方法时，可实现对结点的随机存取，即每一个结点对应一个序号，由该序号可以直接计算出来结点的存储地址。但顺序存储方法的主要缺点是不便于修改，对结点的插入、删除运算时，可能要移动一系列的结点。 2、随机存储结构 在计算机中用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素（这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的）。 它不要求逻辑上相邻的元素在物理位置上也相邻。因此它没有顺序存储结构所具有的弱点，但也同时失去了顺序表可随机存取的优点。 链式存储结构特点

计算机组成原理实验报告(运算器组成、存储器)

计算机组成原理实验报告 一、实验1 Quartus Ⅱ的使用 一．实验目的 掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。 了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 二．实验任务 熟悉Quartus Ⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。 新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。 三．74138、74244、74273的原理图与仿真图 1.74138的原理图与仿真图 74244的原理图与仿真图

1. 4.74273的原理图与仿真图、

实验2 运算器组成实验 一、实验目的 1.掌握算术逻辑运算单元（ALU）的工作原理。 2.熟悉简单运算器的数据传送通路。 3.验证4位运算器（74181）的组合功能。 4.按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、实验电路 附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。8位字长的ALU由2片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器DR1和DR2，用来保存参与运算的数据。DR1接ALU的A数据输入端口，DR2接ALU的B数据输入端口，ALU的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7-BUS0上。参与运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到DR1或DR2暂存。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了T4是脉冲信号外，其他均为电位信号。nC0，nALU-BUS，nSW-BUS均为低电平有效。 三、实验任务 按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf文件。 四.实验原理图及仿真图 给DR1存入01010101，给DR2存入10101010，然后利用ALU的直通功能，检查DR1、

静态随机存储器实验实验报告

**大学 实验（实训）报告 实验名称运算器、存储器所属课程计算机组成与结构所在系计算机科学与技术班级 学号 姓名 指导老师 实验日期

**大学实验（实训）报告 实验静态随机存储器实验 2.1. 实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 2.2. 实验内容 给存储器的00H、01H、02H、03H、04H 地址单元中分别写入数据 11H、12H、13H、14H、15H，再依次读出数据。 2.3. 实验设备 TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 2.4. 实验原理 实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM单元），如图2-1所示。6116有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如下图，当片选有效（CS=0）时，OE=0时进行读操作,WE=0时进行写操作，本实验将CS常接地。 图2-1 SRAM 6116 引脚图 由于存储器最终挂接到CPU上，所以还需要一个读写控制逻辑，使得CPU能控制MEM 的读写，实验中的读写控制逻辑如图2-2所示，由于T3的参与，可以保证MEM的写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出。IOM用来选择是对 I/O还是对MEM进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。

实验原理如图2-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED 灯显示D7…D0 的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED 灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器给出。数据开关经一个三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR 都连接至CON 单元的CLR 按钮。实验时T3由时序单元给出，其余信号由CON 单元的二进制开关模拟给出，其中IOM 应为低（即MEM 操作），RD 、WR 高有效，MR 和MW 低有效，LDAR 高有效。 2.5．实验步骤 MR MW D7 —————D0D7 —————D0 A7 —————A0 OE CS T3 IOM RD WE 读写译码 RD WR 74LS27374LS245IN 单元 AD7 | || AD0 LDAR IOR IN_B A10 —A8————— ————— ——————————----—————6116

《计算机组成原理》实验二报告

《计算机组成原理》 实验报告 学院：计算机学院 专业：软件工程 班级学号：130803 313002384 学生姓名：胡健华 实验日期：2014-11-13 指导老师：李鹤喜 五邑大学计算机学院计算机组成原理实验室

实验二 一、实验名称：SRAM 静态随机存储器实验 二、实验目的： 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 三、实验内容： 1、向存储器中指定的地址单元输入数据,地址先输入AR寄存器，在地址灯上显示;再将数据 送入总线后，存到指定的存储单元，数据在数据显示灯显示。 2、从存储器中指定的地址单元读出数据, 地址先输入AR寄存器,在地址灯显示; 读出的数据送入 总线, 通过数据显示灯显示。 四、实验设备： PC机一台，TD-CMA实验系统一套。 五、实验步骤： 1、关闭实验系统电源，按图2-4 连接实验电路，并检查无误，图中将用户需要连接的信号用 圆圈标明。 2、将时序与操作台单元的开关KK1、KK3 置为运行档、开关KK2 置为‘单步’档。 3、将CON 单元的IOR 开关置为1（使IN 单元无输出），打开电源开关，如果听到有‘嘀’报 警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。 图2-4

4、给存储器的00H、01H、02H、03H、04H 地址单元中分别写入数据11H、12H、13H、14H、15H。 由前面的存储器实验原理图（图2-1-3）可以看出，由于数据和地址由同一个数据开关给出，因此数据和地址要分时写入，先写地址，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0），数据开关输出地址（IOR=0），然后打开地址寄存器门控信号（LDAR=1），按动ST 产生T3 脉冲，即将地址打入到AR 中。再写数据，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0）和地址寄存器门控信号（LDAR=0），数据开关输出要写入的数据，打开输入三态门（IOR=0），然后使存储器处于写状态（WR=1，RD=0，IOM=0），按动ST 产生T3脉冲，即将数据打入到存储器中。写存储器的流程如图2-5 所示（以向00 地址单元写入11H为例）： 图2-5 5、依次读出第00、01、02、03、04 号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写 入的一致。同写操作类似，也要先给出地址，然后进行读，地址的给出和前面一样，而在进行读操作时，应先关闭IN 单元的输出（IOR=1），然后使存储器处于读状态（WR=0，RD=1，IOM=0），此时数据总线上的数即为从存储器当前地址中读出的数据内容。读存储器的流程如图2-6 所示（以从00 地址单元读出11H 为例）： 图2-6 如果实验箱和 PC 联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果（软件使用说明请看附录1），方法是：打开软件，选择联机软件的“【实验】—【存储器实验】”，打开存储器实验的数据通路图，如图2-7 所示。 进行上面的手动操作，每按动一次ST 按钮，数据通路图会有数据的流动，反映当前存储器所做的操作（即使是对存储器进行读，也应按动一次ST 按钮，数据通路图才会有数据流动），或在软件中选择“【调试】—【单周期】”，其作用相当于将时序单元的状态开关置为‘单步’档

静态随机存储器实验实验报告

**大学 实验(实训)报告 实验名称运算器、存储器 所属课程计算机组成与结构 所在系计算机科学与技术 班级 学号 姓名 指导老师 实验日期 实验静态随机存储器实验 2、1、实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 2、2、实验内容 给存储器的00H、01H、02H、03H、04H 地址单元中分别写入数据 11H、12H、13H、14H、15H,再依次读出数据。 2、3、实验设备 TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干。 2、4、实验原理 实验所用的静态存储器由一片6116(2K×8bit)构成(位于MEM单元),如图2-1所示。6116有三个控制线:CS(片选线)、OE(读线)、WE(写线),其功能如下图,当片选有效(CS=0)时,OE=0时进行读操作,WE=0时进行写操作,本实验将CS常接地。

的读写,一致,T3 时为读,WR=1 实验原理如图2-3所示,存储器数据线接至数据总线,数据总线上接有8个LED灯显示D7…D0 的内容。地址线接至地址总线,地址总线上接有8个LED灯显示A7…A0的内容,地址由地址锁存器给出。数据开关经一个三态门连至数据总线,分时给出地址与数据。地址寄存器为8位,接入6116的地址A7…A0,6116的高三位地址A10…A8接地,所以其实际容量为256字节。

MR MW D7 —————D0D7 —————D0 A7 —————A0 OE CS T3 IOM RD WE 读写译码 RD WR 74LS27374LS245IN 单元 AD7 ||| AD0 LDAR IOR IN_B A10 —A8————— ————— ——————————----—————6116 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元,CLR 都连接至CON 单元的CLR 按钮。实验时T3由时序单元给出,其余信号由CON 单元的二进制开关模拟给出,其中IOM 应为低(即MEM 操作),RD 、WR 高有效,MR 与MW 低有效,LDAR 高有效。 2、5.实验步骤

计算机组成原理静态随机存储器实验

实验报告 一、实验名称 静态随机储存器实验 二、实验目的 掌握静态随机储存器RAM的工作特性和数据的读写方法 三、实验设备 TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一套，导线若干。 四、实验原理 实验所用的半导体静态存储器电路原理如图1所示，实验中的静态存储器由一片6116(2K×8)构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器(74LS273)给出。地址灯ADO~AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经三态门(74LS245)连至数据总线，分时给出地址和数据。 因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7--AO，而高三位A8—A1O接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE(片选线)、0E(读线)、WE(写线)。当片选有效(CE=O)时，OE=O时进行读操作，WE=0时进行写操作。本实 验中将0E常接地，因此6116的引脚信号WE=1时进行读操作，WE=0时进行写操作。 在此情况下，要对存储器进行读操作，必须设置控制端CE=O、WE=O，同时有T3脉冲到来，要对存储器进行写操作，必须设置控制端CE=O、WE=1，同时有T3脉冲到来，其读写时间与T3脉冲宽度一致。 实验时将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其它电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高电平有效。

图1 存储器实验原理图 五、实验内容 1. 向存储器中指定的地址单元输入数据,地址先输入AR寄存器，在地址灯 上显示;再将数据送入总线后，存到指定的存储单元，数据在数据显示灯和数码 显示管显示。 2. 从存储器中指定的地址单元读出数据, 地址先输入AR寄存器,在地址灯 显示; 读出的数据送入总线, 通过数据显示灯和数码显示管显示。 六、实验步骤 （1）将时序电路模块中的Φ和H23排针相连。 将时序电路模块中的二进制开关“STOP”设置为“RUN”状态、将“STEP”设置为"STEP"状态。 注意:关于stop和step的说明: 将“STOP”开关置为“Run"状态、“STEP”开关置为“EXEC”状态时，按动微动开关START，则T3输出为连续的方波信号，此时调节电位器W1，用示波器观察，使T3输出实验要求的脉冲信号。当“STOP”开关置为“RUN”状态、“STEP”开关置为"STEP"状态时，每按动一次微动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。

《存储器配置》.(DOC)

存储器配置 哈佛结构MCS-51单片机 程序存储器和数据存储器分开设计。 普林斯顿结构微机 只有一个地址空间，程序和数据可以随意安排在这一地址范围内不同的空间。 程序存储器(ROM) 指令、常数掉电不失 数据存储器(RAM) 数据可用程序改写 在单片机内部，程序存储器和数据存储器存贮器是分开制造的。通常，程序存储器的容量较大，数据存储器的容量较小，这是单片机用作控制的一大特点。 物理上有4个存储空间 片内程序存储器

片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器 逻辑上有3个存储空间 片内外统一编址的程序存储器 MOVC 片内数据存储器 MOV 片外数据存储器 MOVX 图存储器配置 程序存储器 _____ EA 输入引脚 E___A___ = 0 访问片外程序存储器 E___A___ = 1 访问片内程序存储器 程序计数器PC 16位程序地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行指令的地址，能自动加1。 PC指示程序执行的位置 PC中存放的是程序存储器的地址 PC中存放下一条将要执行的指令的地址 复位后 PC = 0000H 寻址范围：0000H ~ 0FFFFH 64KB 65536B 入口地址

T0000BH _________0013H INT1 T1001BH 串行口0023H T2002BH 通常，在入口地址处写一条跳转指令，跳转至服务程序。 0000H 0003H 000BH 0030H 1000H 2000H MOVC

MOV DPTR, #2000H MOV A, #08H MOVC A, @A+DPTR 片外数据存储器 最大64KB 0000H ~ 0FFFFH 只可用MOVX指令 间接寻址方式访问 读： MOV DPTR, #2008H MOVX A, @DPTR 写： MOV A, #12H MOV DPTR, #2008H MOVX @DPTR, A 片外数据存储器与片外I/O设备统一编址（如A/D、D/A、I/O芯片等） 片内数据存储器（低128B） 地址范围：00H ~ 7FH 通用数据区 (30H~7FH) 80个字节 用于存放的用户数据或作堆栈区使用。 读： MOV A, 30H ;直接寻址 MOV R0, #30H MOV A, @R0 ;间接寻址 INC R0

RAM(随机存取存储器)

随机存取存储器RAM（随机存取存储器） RAM -random access memory 随机存储器 存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。 1、随机存储器特点 ①随机存取 所谓“随机存取”，指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对的，读取或写入顺序访问（Sequential Access）存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系（如磁带）。 ②易失性 当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）。RAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会。 ③高访问速度 现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。

④需要刷新 现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制)，未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。 ⑤对静电敏感 正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。 2、RAM ROM 内存的区别 rom -read only memory 只读存储器 ①简单地说，在计算机中，RAM 、ROM都是数据存储器。RAM 是随机存取存储器，它的特点是易挥发性，即掉电失忆。ROM 通常指固化存储器(一次写入，反复读取)，它的特点与RAM 相反。ROM又分一次性固化、光擦除和电擦除重写两种类型。 ②什么是内存呢？ 在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种

计算机组成原理与系统结构实验教程

实验一算术逻辑运算实验 一．实验目的 1．了解运算器的组成结构。 2．掌握运算器的工作原理。 3．学习运算器的设计方法。 4．掌握简单运算器的数据传送通路。 5．验证运算功能发生器74LS181 的组合功能。 二．实验设备 TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。 三．实验原理 实验中所用的运算器数据通路图如图2.6-1。图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8 位字长的运算器。右方为低4 位运算芯片，左方为高4 位运算芯片。低位芯片的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连，使低4 位运算产生的进位送进高4 位运算中。低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。 为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就 被锁存进DR1 或DR2 中了。 为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。

2 图2.6-1 运算器通路图 数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。其中，输入开 关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时， 开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。 总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。 控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。 由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因 此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出 端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCH UNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、 LDDR2 为高电平有效。 对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入 数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结 果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。 四．实验步骤 1．按图2.6-2 连接实验电路并检查无误。图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明（其 它实验相同，不再说明）。 2．开电源开关。

计组实验一

实验报告

一．实验目的 熟悉存储器和总线的硬件电，掌握静态随机存储器 RAM 工作特性及数据的读写方法。了解与实验相关的各控制信号的意义，了解三态门在共享总线上所起的隔离作用，了解锁存器的作用及地址锁存的意义。 二．实验要求 按照实验步骤完成实验项目，实现对存储器的访问。 三．实验原理 实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM 单元），如图1所示。6116有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表1所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0 时进行读操作，WE=0 时进行写操作，本实验将CS 常接地。 （图一） 由于存储器（MEM）最终是要挂接到CPU 上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU 能控制MEM 的读写，实验中的读写控制逻辑如图2 所示，由于T3 的参与，可以保证MEM 的写脉宽与T3 一致，T3 由时序单元的TS3 给出（时序单元的介绍见第三章3.3 系统实验单元电路中6．时序与操作台单元部分）。IOM 用来选择是对I/O 还是对MEM 进行读写操作，RD=1 时为读，WR=1 时为写。 （图2）

实验原理图如图3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8 个LED 灯显示 D7…D0 的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8 个LED 灯显示A7…A0 的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR 单元）给出。数据开关（位于IN 单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8 位，接入6116 的地址A7…A0，6116 的高三位地址A10…A8 接地，所以其实际容量为256 字节。 图3 存储器实验原理图 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR 都连接至CON 单元的CLR 按钮。实验时T3 由时序单元给出，其余信号由CON 单元的二进制开关模拟给出，其中IOM 应为低（即MEM 操作），RD、WR 高有效，MR 和MW 低有效，LDAR 高有效。 四，实验步骤

存储设备参数配置说明

存储设备参数配置说明 特别申明： 1、招标方案中，指明的品牌型号仅供参考，投标产品的质量性能指标及服务内 容不应低于所推荐参考品牌型号之质量性能指标和服务内容。 2、注：其中打“★”部分为必须满足项。请根据要求详细应答。 存储设备 NETAPP FAS2552 1套 序号项目技术指标 1 品牌要求必须是国际知名品牌且非OEM产品, 技术先进、成熟，拥有自己的研发力量和售后服务队伍，非收购品牌，2013年IDC报告全球市场占有率前五位. 2 ★体系结构本系统要求采用统一存储架构，同时实现FC SAN、IP SAN，FCoE和NAS等多种访问方式。如果无法在同一控制器中实现SAN和NAS功能，即NAS和SAN控制器如果为不同的处理器单元，NAS活动控制器数量的配置要求≥2. 支持集群存储架构，该型号存储控制器可以扩展到 NAS：≥8个集群控制器 SAN：≥8个集群控制器 集群扩展支持同产品系列的不同型号设备之间扩展。 本次配置集群控制器数量=2. 3 存储操作系统要求采用专用的存储操作系统，集中统一处理FC / CIFS / NFS 访问协议的解析。不接受采用或基于Windows或者开源代码外加第三方软件为平台的产品, 保障系统的安全性，。 4 ★控制器可靠 性 处理器、缓存、电源、风扇、适配卡、总线等都提供冗余，并保 证在某硬件出问题时，能够进行自动切换，没有单点故障。支持 不停机维护、在线调整（包括软、硬件升级、扩容、设备更换） 等操作，同时必须提供所投产品生产厂家由IDC出具的高可用 性达到99.999%的认证报告。 硬件指标 5 ★系统支持的最 大容量 最大磁盘数量可以扩展到144以上，并且最大磁盘裸容量可达 到509TB以上，通过集群扩展支持2.04PB以上，适应应用扩 容需求，提供官网截图。 6 ★前端FC接口配置8Gb FC端口数量≥8个，支持16Gb FC端口数量≥8个。

2.1 静态随机存储器实验

2.1 静态随机存储器实验 2.1.1 实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 2.1.2 实验设备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套。 2.1.3 实验原理 实验原理图如图2-1-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED 灯显示D7…D0的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR单元）给出。数据开关（位于IN单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。 RD WR 图2-1-3 存储器实验原理图 实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR都连接至CON单元的CLR 按钮。实验时T3由时序单元给出，其余信号由CON单元的二进制开关模拟给出，其中IOM 应为低（即MEM操作），RD、WR高有效，MR和MW低有效，LDAR高有效。 2.1.4 实验步骤 (1) 关闭实验系统电源，按图2-1-4连接实验电路，并检查无误，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。 (2) 将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为运行档、开关KK2置为‘单步’档（时序单元的介绍见附录二）。 (3) 将CON单元的IOR开关置为1（使IN单元无输出），打开电源开关，如果听到有

‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。 图2-1-4 实验接线图 (4) 给存储器的00H、01H、02H、03H、04H地址单元中分别写入数据11H、12H、13H、14H、15H。由前面的存储器实验原理图（图2-1-3）可以看出，由于数据和地址由同一个数据开关给出，因此数据和地址要分时写入，先写地址，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0），数据开关输出地址（IOR=0），然后打开地址寄存器门控信号（LDAR=1），按动ST产生T3脉冲，即将地址打入到AR中。再写数据，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0）和地址寄存器门控信号（LDAR=0），数据开关输出要写入的数据，打开输入三态门（IOR=0），然后使存储器处于写状态（WR=1，RD=0，IOM=0），按动ST产生T3脉冲，即将数据打入到存储器中。写存储器的流程如图2-1-5所示（以向00地址单元写入11H为例）： WR = 0 RD = 0 IOM = 0 IOR = 0 LDAR = 0 WR = 0 RD = 0 IOM = 0 IOR = 0 LDAR = 1 T3= WR = 0 RD = 0 IOM = 0 IOR = 0 LDAR = 0 WR = 1 RD = 0 IOM = 0 IOR = 0 LDAR = 0 T3= 图2-1-5 写存储器流程图 (5) 依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。同写操作类似，也要先给出地址，然后进行读，地址的给出和前面一样，而在进行读操作时，应先关闭IN单元的输出（IOR=1），然后使存储器处于读状态（WR=0，RD=1，IOM=0），此时数据总线上的数即为从存储器当前地址中读出的数据内容。读存储器的流程如图2-1-6所示（以从00地址单元读出11H为例）：

实验二存储器实验

计算机组成原理实验报告 实验名称：静态随机存储器实验 实验类型：验证型 实验环境：TD-CMA系统、实验箱 指导教师：顾娅军 专业班级：信安1505班 姓名： 学号：实验地点：东6E501 实验日期：2017年4月25日 成绩：__________________________

一、实验目的 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法 二、实验过程 （1）关闭实验系统电源，按图2-1-4所示连接实验电路，并检查无误 （2）将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为运行档、开关KK2置为‘单步’档 （3）将CON单元的IOR开关置为1（使I N单元无输出），打开电源开关，如果听到有“嘀”报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。 （4）给存储器的 00H、01H、02H、03H、04H地址单元中分别写入数据 11H、12H、13H、14H、15H。由前面的存储器实验原理图（图 2-1-3）可以看出，由于数据和地址由同一个数据开关给出，因此数据和地址要分时写入，先写地址，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0），数据开关输出地址（IOR=0），然后打开地址寄存器门控信号（LDAR=1），按动 ST产生 T3脉冲，即将地址打入到AR中。再写数据，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0）和地址寄存器门控信号（LDAR=0），数据开关输出要写入的数据，打开输入三态门（IOR=0），然后使存储器处于写状态（WR=1，RD=0，IOM=0），按动 ST产生T3脉冲，即将数据打入到存储器中。写存储器的流程如图 2-1-5所示（以向 00地址单元写入11H为例）