同步图形存储器IS42G32256的原理与应用

    摘 要： IS42G32256是高速度16M bit  CMOS同步图形存储器（SGRAM），适用于高性能计算机的显示卡、图形工作站、电视机顶盒、游戏卡、二维／三维图形处理等场合。对其功能、特点、工作原理及其应用进行了介绍。

   关键词： SGRAM CMOS IS42G32256 图形处理

   半导体存储器是计算机系统的重要组成部分，随着计算机技术的迅速发展，CPU的速度越来越高，以往采用的普通动态存储器（DRAM）速度低，带宽窄，已无法适应高速CPU。为了适应各种实际应用的需要，出现了采用新技术的DRAM。其中同步DRAM（ＳDRAM）的出现，大大地提高了存储器的速度，改善了其性能。在高性能计算机系统中，常用SDRAM作为主存储器和显示存储器。如果将图形特点加入到SDRAM中，即得到同步图形存储器，简称SGRAM。

    IS42G32256是高速16M bit  CMOS同步图形存储器，性能优良，速度快，适合于图形工作站、显示卡、电视机顶盒、游戏卡、二维／三维图形处理等高性能、高带宽的应用场合。

    它具有以下特点：①256K×32位×2存储体结构；②所有输入采样和输出都在同一个系统时钟的上升沿同步动作；③双重内部存储体控制；④单3.3V±3V电源；⑤可编程方式寄存器指定突发范围为1、2、4、8字节或整页，／CAS等待周期为2和3周期，突发类型为顺序和交替；⑥突发读写操作；⑦刷新能力为自动和自举刷新；⑧每32ms刷新2048周期；⑨输入输出电平与TTL电平兼容；⑩100引脚PQFP封装(14mm×20mm)。

     它具有以下图形特点：①SMRS周期：装载屏蔽寄存器，装载颜色寄存器；②写每位；③块写(8列)

      1 工作原理

      IS42G32256 SGRAM的基本组成是两个结构为1024×256×32位的存储体，功能框图见图1。它比普通的DRAM增加了一个可编程的方式寄存器，方式寄存器存储的数据用来控制SGRAM的各种操作方式。通过编程设置／CAS等待周期、突发类型、寻址方式、突发范围、测试方式和各种特殊操作，使SGRAM具有各种不同的应用。方式寄存器的内容缺省时是不定的，因此，上电时必须设置，当／CS、／CAS、／RAS、／WE和DSF为低电平时方式寄存器被写入，同时，A0～A10也被写入。它分成不同区域：A0～A2用于突发范围，A3用于突发类型，A4～A6用于／CAS等待周期，A7、A8、A10仅供感厂家用或用于测试方式，SGRAM正常操作时，必须设置为低电平，A9用于可编程写突发范围。

      DQM用于屏蔽输入输出操作。DQM操作和时钟同步，读等待周期为2周期，写等待周期为0周期，DQM也用于存储系统的设备选择和总线控制，DQM0控制DQ0～DQ7，DQM1控制DQ8～DQ15，DQＭ２控制DQ16～DQ23，DQM3控制DQ24～DQ31。

      DSF定义特殊功能，控制SGRAM的图形应用。DSF为低电平时，SGRAM的功能与普通存储器相同，只有当DSF为高电平时，才具有图形功能。SGRAM的功能，诸如／RAS激活、写和用WCBR(方式寄存器设置命令)改变SGRAM的功能等，都由DSF控制。

      SGRAM有两种特殊方式寄存器：颜色寄存器和屏蔽寄存器，用于写每位和块写。当AS和DSF为高电平，／CS、／RAS、／CAS和／WE为低电平时装载颜色寄存器，通过DQ引脚装入与DQ相关的数据。

      当时钟允许CKE=1时，允许时钟信号加入SGRAM；当CKE=0时，输出状态和突发地址被冻结，芯片进入低功耗状态。

      存储体选择(A10)：SGRAM是由两个262144×32bit存储体组成的，当A10为低电平时，选择A存储体，否则选择B存储体。

      地址输入(A0～A9)：译码262144个存储单元需要18位地址，采用多路复用器输入地址A0～A9，10位行地址通过／RAS和A10锁存，8位列地址通过／CAS、／WE和A10锁存。

      写每位是选择数据屏蔽位写入的功能，储存在内部寄存器中，当它有效时，用于数据的每一位写。块写允许访问周期连续的8列数据同时写入。块写时序图见图2。

      引脚功能参见表1，引脚图略。

      2 上电顺序

      ①电源必须把CKE和DQM拉为高电平，在输入数据之前或者上电时其它引脚为空操作，时钟信号也必须同时加入；②VDD到达确定电压后，空操作至少要延迟200μs；③两个存储体必须预充电；④在两个最小刷新周期之前使内部电路稳定；⑤在一个方式寄存器设置周期之前，若方式寄存器的内容缺省，应编程设置／CAS等待周期、突发范围和突发类型。在方式寄存器设置周期的时钟周期末，设备操作已准备好。按上述顺序上电后，所有的输出均为高阻态。其它任何操作顺序都不能保证输出为高阻态。(次序④和⑤可以交换)。

     3 典型应用

      IS42G32256是16bit SGRAM，频率高达100MHz，比同属的高速EDO DRAM速度高，它与系统时钟(即CPU频率)同步工作，使CPU实现无等待操作，从而提高计算机系统的工作速度。它的图形特点使其在高性能计算机系统、图形工作站、电视机顶盒、游戏卡及二维／三维图形处理等方面得到了广泛应用。最典型的应用是在显卡中作显存。普通显卡或娱乐级显卡对显存的性能要求不是很高，但要求性价比高，一般用4MB的EDO RAM或SDRAM就行了，而专业级显卡要求对CPU依赖小，显存尽可能大、快，为了让工作尽可能在显卡内完成，要求显存多多益善，以免缓慢的磁盘拖后腿，为了提高显卡的带宽，采用最高档和最快的显存，SGRAM是高档显存之一。ELSA和耕宇等公司生产的显卡都用到了8MB或16MB的SGRAM作显存。IS42G32256 SGRAM在显示卡中的应用框图见图3，由3DFXV00D00加速芯片、SGRAM、ROM和连接器等组成，V00D00芯片是显卡的核心部分，处理原来得靠CPU处理的三维图像数据，使图像处理能力极大提高。ROM(或EPROM)用来存放视频BIOS程序，8片IS42G32256 SGRAM构成16MB的显存，提高了显卡的带宽，可用作专业级的显卡。

      随着计算机技术和半导体技术的飞速发展，不断涌现采用新技术的存储器，以适应各种不同的应用需要。SGRAM以其高带宽、高速度、低功耗，特别是在图形处理方面的特点，使其在图像处理等场合得到了广泛应用。

      参考文献

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

      2 窦振中编．单片机外围器件实用手册－存储器分册．北京：北京航空航天大学出版社，1998

            (收稿日期：1999-07-28)