同步圖形存儲器IS42G32256的原理與應用

摘 要： IS42G32256是高速度16M bit CMOS同步圖形存儲器（SGRAM），適用于高性能計算機的顯示卡、圖形工作站、電視機頂盒、游戲卡、二維／三維圖形處理等場(chǎng)合。對其功能、特點(diǎn)、工作原理及其應用進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞： SGRAM CMOS IS42G32256 圖形處理

半導體存儲器是計算機系統的重要組成部分，隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，CPU的速度越來(lái)越高，以往采用的普通動(dòng)態(tài)存儲器（DRAM）速度低，帶寬窄，已無(wú)法適應高速CPU。為了適應各種實(shí)際應用的需要，出現了采用新技術(shù)的DRAM。其中同步DRAM（ＳDRAM）的出現，大大地提高了存儲器的速度，改善了其性能。在高性能計算機系統中，常用SDRAM作為主存儲器和顯示存儲器。如果將圖形特點(diǎn)加入到SDRAM中，即得到同步圖形存儲器，簡(jiǎn)稱(chēng)SGRAM。

IS42G32256是高速16M bit CMOS同步圖形存儲器，性能優(yōu)良，速度快，適合于圖形工作站、顯示卡、電視機頂盒、游戲卡、二維／三維圖形處理等高性能、高帶寬的應用場(chǎng)合。

它具有以下特點(diǎn)：①256K×32位×2存儲體結構；②所有輸入采樣和輸出都在同一個(gè)系統時(shí)鐘的上升沿同步動(dòng)作；③雙重內部存儲體控制；④單3.3V±3V電源；⑤可編程方式寄存器指定突發(fā)范圍為1、2、4、8字節或整頁(yè)，／CAS等待周期為2和3周期，突發(fā)類(lèi)型為順序和交替；⑥突發(fā)讀寫(xiě)操作；⑦刷新能力為自動(dòng)和自舉刷新；⑧每32ms刷新2048周期；⑨輸入輸出電平與TTL電平兼容；⑩100引腳PQFP封裝(14mm×20mm)。

它具有以下圖形特點(diǎn)：①SMRS周期：裝載屏蔽寄存器，裝載顏色寄存器；②寫(xiě)每位；③塊寫(xiě)(8列)

1 工作原理

IS42G32256 SGRAM的基本組成是兩個(gè)結構為1024×256×32位的存儲體，功能框圖見(jiàn)圖1。它比普通的DRAM增加了一個(gè)可編程的方式寄存器，方式寄存器存儲的數據用來(lái)控制SGRAM的各種操作方式。通過(guò)編程設置／CAS等待周期、突發(fā)類(lèi)型、尋址方式、突發(fā)范圍、測試方式和各種特殊操作，使SGRAM具有各種不同的應用。方式寄存器的內容缺省時(shí)是不定的，因此，上電時(shí)必須設置，當／CS、／CAS、／RAS、／WE和DSF為低電平時(shí)方式寄存器被寫(xiě)入，同時(shí)，A0～A10也被寫(xiě)入。它分成不同區域：A0～A2用于突發(fā)范圍，A3用于突發(fā)類(lèi)型，A4～A6用于／CAS等待周期，A7、A8、A10僅供感廠(chǎng)家用或用于測試方式，SGRAM正常操作時(shí)，必須設置為低電平，A9用于可編程寫(xiě)突發(fā)范圍。

DQM用于屏蔽輸入輸出操作。DQM操作和時(shí)鐘同步，讀等待周期為2周期，寫(xiě)等待周期為0周期，DQM也用于存儲系統的設備選擇和總線(xiàn)控制，DQM0控制DQ0～DQ7，DQM1控制DQ8～DQ15，DQＭ２控制DQ16～DQ23，DQM3控制DQ24～DQ31。

DSF定義特殊功能，控制SGRAM的圖形應用。DSF為低電平時(shí)，SGRAM的功能與普通存儲器相同，只有當DSF為高電平時(shí)，才具有圖形功能。SGRAM的功能，諸如／RAS激活、寫(xiě)和用WCBR(方式寄存器設置命令)改變SGRAM的功能等，都由DSF控制。

SGRAM有兩種特殊方式寄存器：顏色寄存器和屏蔽寄存器，用于寫(xiě)每位和塊寫(xiě)。當AS和DSF為高電平，／CS、／RAS、／CAS和／WE為低電平時(shí)裝載顏色寄存器，通過(guò)DQ引腳裝入與DQ相關(guān)的數據。

當時(shí)鐘允許CKE=1時(shí)，允許時(shí)鐘信號加入SGRAM；當CKE=0時(shí)，輸出狀態(tài)和突發(fā)地址被凍結，芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

存儲體選擇(A10)：SGRAM是由兩個(gè)262144×32bit存儲體組成的，當A10為低電平時(shí)，選擇A存儲體，否則選擇B存儲體。

地址輸入(A0～A9)：譯碼262144個(gè)存儲單元需要18位地址，采用多路復用器輸入地址A0～A9，10位行地址通過(guò)／RAS和A10鎖存，8位列地址通過(guò)／CAS、／WE和A10鎖存。

寫(xiě)每位是選擇數據屏蔽位寫(xiě)入的功能，儲存在內部寄存器中，當它有效時(shí)，用于數據的每一位寫(xiě)。塊寫(xiě)允許訪(fǎng)問(wèn)周期連續的8列數據同時(shí)寫(xiě)入。塊寫(xiě)時(shí)序圖見(jiàn)圖2。

引腳功能參見(jiàn)表1，引腳圖略。

2 上電順序

①電源必須把CKE和DQM拉為高電平，在輸入數據之前或者上電時(shí)其它引腳為空操作，時(shí)鐘信號也必須同時(shí)加入；②VDD到達確定電壓后，空操作至少要延遲200μs；③兩個(gè)存儲體必須預充電；④在兩個(gè)最小刷新周期之前使內部電路穩定；⑤在一個(gè)方式寄存器設置周期之前，若方式寄存器的內容缺省，應編程設置／CAS等待周期、突發(fā)范圍和突發(fā)類(lèi)型。在方式寄存器設置周期的時(shí)鐘周期末，設備操作已準備好。按上述順序上電后，所有的輸出均為高阻態(tài)。其它任何操作順序都不能保證輸出為高阻態(tài)。(次序④和⑤可以交換)。

3 典型應用

IS42G32256是16bit SGRAM，頻率高達100MHz，比同屬的高速EDODRAM速度高，它與系統時(shí)鐘(即CPU頻率)同步工作，使CPU實(shí)現無(wú)等待操作，從而提高計算機系統的工作速度。它的圖形特點(diǎn)使其在高性能計算機系統、圖形工作站、電視機頂盒、游戲卡及二維／三維圖形處理等方面得到了廣泛應用。最典型的應用是在顯卡中作顯存。普通顯卡或娛樂(lè )級顯卡對顯存的性能要求不是很高，但要求性?xún)r(jià)比高，一般用4MB的EDORAM或SDRAM就行了，而專(zhuān)業(yè)級顯卡要求對CPU依賴(lài)小，顯存盡可能大、快，為了讓工作盡可能在顯卡內完成，要求顯存多多益善，以免緩慢的磁盤(pán)拖后腿，為了提高顯卡的帶寬，采用最高檔和最快的顯存，SGRAM是高檔顯存之一。ELSA和耕宇等公司生產(chǎn)的顯卡都用到了8MB或16MB的SGRAM作顯存。IS42G32256SGRAM在顯示卡中的應用框圖見(jiàn)圖3，由3DFXV00D00加速芯片、SGRAM、ROM和連接器等組成，V00D00芯片是顯卡的核心部分，處理原來(lái)得靠CPU處理的三維圖像數據，使圖像處理能力極大提高。ROM(或EPROM)用來(lái)存放視頻BIOS程序，8片IS42G32256SGRAM構成16MB的顯存，提高了顯卡的帶寬，可用作專(zhuān)業(yè)級的顯卡。

隨著(zhù)計算機技術(shù)和半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷涌現采用新技術(shù)的存儲器，以適應各種不同的應用需要。SGRAM以其高帶寬、高速度、低功耗，特別是在圖形處理方面的特點(diǎn)，使其在圖像處理等場(chǎng)合得到了廣泛應用。

參考文獻

1 ISSI IS42G32256 256K×32×2(16Mbit)SynchronousGraphics RAM．Advance Information 1998

2竇振中編．單片機外圍器件實(shí)用手冊－存儲器分冊．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998

(收稿日期：1999-07-28)