外接大容量存储器
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51单片机访问大容量存储器的实现
时间:2006-09-19 来源: 作者: 点击： 1773 字体大小:【大中小】1 引言
MCS－51系列单片机有着优越的性价比，因此应用面宽，使用量也非常大；然而它只有16位地址线，最大能访问的存储空间为64K，且扩展接口与存储器统一编址，扩展接口会占用大量的地址空间，致使该系列单片机在数据量大的数据采集系统中，存储空间明显不足。
笔者最近在开发一数据采集系统时，经分析、探索，找到了解决的办法。
2 使用大容量存储器的原理
2．1 使扩展接口不占用单片机的存储地址空间
由于MCS－51单片机的扩展接口与存储器统一编址，采用常规的方法扩展接口时会占用大量的地址空间，而多数应用系统均会要求扩展接口<本例有七段LED的段输出口、位输出口、键盘口各一个），为此，使扩展接口不占用单片机的存储地址空间对于要求大容量数据存储器的系统是必要的。
如图1，用P1口的一位，只要确保写数据到显示的段口时，使用一空余<或专门预留）的地址<如0000H），即可使扩展接口不占用单片机的存储地址空间且不会相互干扰、发生冲突，同时还可保证有足够的响应速度。b5E2RGbCAP
2.2 外部数据存储采用大容量存贮芯片,分段使用
如图示,MCS-51的16位地址线作为存储芯片的低位地址,可访问64K 的存储空间(作为一段>；再用P1口的D1、D0位作为存储芯片的高位地址<段地址），则可把存储器分为4段，最大访问能力可达256K<见下表），若使用更多的位，则访问能力可更大。编程时只要确保高位地址 3 编程实现 3．1 访问扩展接口 ... CLR P1．7 MOV DPTR，＃0000H ；专门预留的一个地址MOV A，＃DATA1 MOVX ＠DPTR，A ；数据输出到显示的段口SETB P1．7 MOV A，＃DATA2MOVX＠DPTR，A ；数据输出到显示的位口 ...DXDiTa9E3d SETB P1．7 MOV DPTR，＃0000H ；专门预留的一个单元地址 MOVX A，＠DPTR ；读键盘口数据到ACC ... 3．2 访问存储器 程序中要访问存储器时，只需按如下顺序编写程序即可：设定片选 例： ... CLR P3．0 ；使存储芯片的片选有效CLR P1．0 CLR P1．1 ；选取0FFFFH～00000H存储区间MO DPTR，＃ADDR1 MOV A，＃DATA1 ；数据写到ADDR1单元MOVX＠DPTR，AMOV DPTR，＃ADDR2 MOVX A，＠DPTR ；读ADDR2单元的数据到A 4 结束语 使用本方法可轻易地为MCS－51单片机扩展大容量的数据存储器，这对于数据量大的数据采集系统有着非常大的意义。 5PCzVD7HxA 申明： 所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。 文章编号:1008-8652(2007)01-83-05 高速大容量FL A S H存储系统设计 李 超 王虹现 邢孟道 (西安电子科技大学 西安 710071) 【摘要】 介绍所设计的高速、大容量存储卡的组成机制和系统实现方案。采用固态存储芯片FLASH(闪存)为存储介质,FP GA(现场可编程门阵列)为存储阵列的控制核心,针对外部高速数据的输入,引入了多级流水和冗余校验技术,并自动屏蔽了FL ASH的坏块。成功实现了用高密度、相对低速的FL ASH存储器对高速实时数据的可靠存储。另外,通过U SB和CPCI接口,可以同主机进行良好的数据通信。 关键词:FP GA;FLASH;存储;高速 中图分类号:TP333 文献标识码:A Design of a FLASH Storage System with High Speed and Large C apacity Li Chao Wang Hongxian Xing Mengdao (X i di an Uni versit y,X i’an710071) Abstract:Configuration and system implementatio n of a storage board wit h high speed and large ca2 pacity is int roduced.Solid2state storage chip FL ASH is storage medium of t he board,and field p rogram2 mable gate array(FP GA)is t he cont rol core of t he storage array.Multi2stage flow and redundancy correc2 tion technique are applied to deal wit h external high speed inp ut data;and invalid blocks of FL ASH chip s can be masked automatically.By using of t he storage board,high speed real2time data can be successf ully stored wit h high density lower speed FLASH chip s.Additionally,t he storage board can well communicate wit h host p rocessor via U SB and CPCI interfaces. K eyw ords:FP GA;FLASH;storage;high speed 1 引言 高速存储系统目前在雷达、图像处理、语音识别、声纳、通信等领域有着广泛地应用。特别是随着雷达成像技术逐渐成熟,分辨率和采样率都大幅提升,需要实时保存大量数据。此时,开发出超高速、大容量的存储系统就显得尤为重要。FL ASH芯片,以半导体作为记忆载体,比传统的存储设备更能承受温度的变化、机械的振动和冲击,可靠性更高,易于实现高速度、低功耗和小型化,日趋成为存储器的主流。 在某机载合成孔径雷达的试验中,雷达以正侧视条带式工作在X波段,空间分辨率达到0.3m×0.3m 的高分辨率,I、Q双通道采样,采样频率640M Hz,采样位宽为8位,场景距离向20560点,方位向重复频率为4k/s,要求最小存储速度2×8bit×20560×4k/s=164.48Mbytes/s。本文将详细介绍所设计的FLASH 存储系统是如何构建来满足数据传输要求的。 3收稿日期:2006-07-25 外接大容量存储器 部门： xxx 时间： xxx 整理范文，仅供参考，可下载自行编辑 51单片机访问大容量存储器的实现 时间:2006-09-19 来源: 作者: 点击： 1773 字体大小:【大中小】1 引言 MCS－51系列单片机有着优越的性价比，因此应用面宽，使用量也非常大；然而它只有16位地址线，最大能访问的存储空间为64K，且扩展接口与存储器统一编址，扩展接口会占用大量的地址空间，致使该系列单片机在数据量大的数据采集系统中，存储空间明显不足。 笔者最近在开发一数据采集系统时，经分析、探索，找到了解决的办法。 2 使用大容量存储器的原理 2．1 使扩展接口不占用单片机的存储地址空间 由于MCS－51单片机的扩展接口与存储器统一编址，采用常规的方法扩展接口时会占用大量的地址空间，而多数应用系统均会要求扩展接口<本例有七段LED的段输出口、位输出口、键盘口各一个），为此，使扩展接口不占用单片机的存储地址空间对于要求大容量数据存储器的系统是必要的。 如图1，用P1口的一位，只要确保写数据到显示的段口时，使用一空余<或专门预留）的地址<如0000H），即可使扩展接口不占用单片机的存储地址空间且不会相互干扰、发生冲突，同时还可保证有足够的响应速度。b5E2RGbCAP 2.2 外部数据存储采用大容量存贮芯片,分段使用 如图示,MCS-51的16位地址线作为存储芯片的低位地址,可访问64K 的存储空间(作为一段>；再用P1口的D1、D0位作为存储芯片的高位地址<段地址），则可把存储器分为4段，最大访问能力可达256K<见下表），若使用更多的位，则访问能力可更大。编程时只要确保高位地址 郑州航空工业管理学院 《单片机原理与应用》 课程设计说明书 10 级自动化专业 1006112 班级 题目51单片机大容量数据存储器的系统扩展姓名杨向龙学号100611234 指导教师王义琴职称讲师 二О一三年六月十日 目录 一、51单片机大容量数据存储器的系统扩展的基本原理 (4) 二、设计方案 (4) 三、硬件的设计 (5) 3.1 系统的硬件构成及功能 (5) 3.2硬件的系统组成 (5) 3.2.1、W241024A (5) 3.2.2、CPLD的功能实现 (5) 3.2.3、AT89C52简介 (6) 3.2.4、SRAM的功能及其实现 (9) 3.3、基本单片机系统大容量数据存储器系统扩展 (9) 五、结论 (13) 六、参考资料 (13) 51单片机大容量数据存储器的系统扩展 摘要：在单片机构成的实际测控系统中，仅靠单片机内部资源是不行的，单片 机的最小系统也常常不能满足要求，因此，在单片机应用系统硬件设计中首先要解决系统扩展问题。51单片机有很强的外部扩功能, 传统的用IO口线直接控制大容量数据存储器的片选信号的扩展系统存在运行C51编译的程序时容易死机的缺点。文中介绍了一种改进的基于CPLD的51系列单片机大容量数据存储器的扩展方法，包括硬件组成和软件处理方法。 关键字：W241024A、CPLD、AT89C52、SRAM 一、51单片机大容量数据存储器的系统扩展的基本原理 MCS-51 单片机系统扩展时，一般使用P0 口作为地址低8位（与数据口分时复用），而P2口作为地址高8位，它共有16根地址总线，最大寻址空间为64KB。但在实际应用中，有一些特殊场合，例如，基于单片机的图像采集传输系统，程控交换机话单的存储等，需要有大于64KB 的数据存储器。 二、设计方案 在以往的扩展大容量数据存储器的设计中，一般是用单片机的IO口直接控制大容量数据存储器的片选信号来实现，但是这种设计在运行以C51编写的程序（以LARGE 方式编译）时往往会出现系统程序跑飞的问题，尤其是在程序访问大容量数据存储器（如FLASH）的同时系统产生异常（如中断），由于此时由IO 口控制的片选使FLASH 被选中而SRAM 无法被选中，堆栈处理和函数参数的传递无法实现从而导致程序跑飞的现象。文章介绍一种基于CPLD 的大容量数据存储器的扩展系统，避免了上述问题的产生，提高了扩展大容量数据存储器系统的可靠性。该系统MCU 采用89C52，译码逻辑的实现使用了一片EPM7128 CPLD 芯片，系统扩展了一片128K 的SRAM，一片4M 字节的NOR FLASH，以上芯片均为5V 供电。 技术创新 中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００８年第２４卷第９－２期ＰＬＤＣＰＬＤＦＰＧＡ应用 基于ＦＰＧＡ的高速大容量ＦＬＡＳＨ存储 ＤｅｓｉｇｎｏｆａＦＬＡＳＨＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＨｉｇｈＳｐｅｅｄａｎｄＬａｒｇｅＣａｐａｃｉｔｙｂｙｍｅａｎｓｏｆＦＰＧＡ （中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室）麻海霞马铁华 ＭＡＨａｉ－ｘｉａＭＡＴｉｅ－ｈｕａ 摘要：本文研究ＲＳ－４２２电平传输串行数据，通过ＦＰＧＡ把串行数据转化为并行数据存储到高速大容量的ＦＬＡＳＨ的存储系统的具体设计，ＦＰＧＡ（现场可编程门阵列）为存储阵列的核心。不仅分析了ＲＳ－４２２电平在具体使用时需要注意的问题，而且针对外部高速数据的输入，在数据存储部分引入新的方法，能够更加快速的实现ＦＬＡＳＨ存储器对高速实时数据的可靠存储。关键词：ＲＳ－４２２；ＦＰＧＡ；高速；大容量；ＦＬＡＳＨ 中图分类号：ＴＰ２７４＋．２文献标识码：Ａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｕｓｅｓｔｈｅＲＳ－４２２ｌｅｖｅｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｅｒｉａｌｄａｔａｉｎｔｈｉｓｔｅｘｔ，ＳｙｓｔｅｍｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｓｔｏｒａｇｅｂｏａｒｄｗｏｕｌｄｍａｋｅｓｅｒｉａｌｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｓｐａｒａｌｌｅｌｄａｔａｓｔｏｒｅｄｉｎｔｏＦＬＡＳＨｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙｗｉｔｈＦＰＧＡｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｆｉｅｌｄｐｒｏ－ｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）ｉｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅｏｆｔｈｅｓｔｏｒａｇｅａｒｒａｙ．ＮｏｔｏｎｌｙｃａｒｅｆｕｌｌｙｈａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅＲＳ－４２２ｌｅｖｅｌｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｕｓｅｎｅｅｄｓｔｏｄａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｑｕｅｓｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｈｉｇｈｓｐｅｅｄｉｎｐｕｔｄａｔａ，Ｂｙｕｓｉｎｇｏｆｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｂｏａｒｄ，ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒｅａｌｔｉｍｅｄａｔａｃａｎｂｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｓｔｏｒｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｌｏｗｅｒｓｐｅｅｄＦＬＡＳＨｃｈｉｐｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＳ－４２２；ＦＰＧＡ；ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ；ｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙ；ＦＬＡＳＨ 文章编号：１００８－０５７０（２００８）０９－２－０１４４－０２ １引言 数字电路应用越来越广泛，传统通用的数字集成芯片已经 难以满足系统的功能要求，随着系统复杂程度的提高，所需通 用集成电路的数量呈爆炸性增值，使得电路的体积膨大，可靠 性难以保证。因而出现了现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）和复杂可编 程逻辑器件（ＣＰＬＤ）。在我国２０世纪９０年代以前，测试系统采 用磁带记录，效率和安全保障性不高；随之出现的是遥测技术， 但在传输数据的过程中会出现误差；接着是静态存储器，它读、 写方便，但是存储的数据会因为断电而丢失，所以，不利于数据 长时间保存；目前，闪存的问世，ＮＯＲ和ＮＡＮＤ是现在市场上 两种主要的非易失闪存技术，它有存储容量大、体积小、可靠性 高等优点，测试系统会逐步向这个方向发展。 ２设计思想 图１设计示意图 ２．１核心芯片选择 （１）接受芯片选择ＭＡＸ４９１ 此芯片为ＲＳ－４２２／４８５扩展芯片，为ＤＩＰ１４封装。ＭＡＸ４９１ 有两个控制端，如果两个控制端由微处理器的一个Ｉ／Ｏ口控制， 则总线，两线制，半双工工作。如果两个控制端单独控制，则总 线为ＲＳ－４２２总线，四线制，全双工工作。ＭＡＸ４９１采用＋５Ｖ电 源供电，当供电电流仅有５００ｕＡ时，传输速率却能达到 ２．５Ｍｂｉｔｓ／ｓ。它的内部有一个传输线驱动器和一个传输线接收 器，因此可以采用全双工工作。 （２）ＦＰＧＡ采用Ｓｐａｒｔａｎ－ＩＩ系列Ｘｃ２ｓ１００ Ｓｐａｒｔａｎ－ＩＩ系列Ｘｃ２ｓ１００有着丰富的触发器和ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ－ Ｕｐ－Ｔａｂｌｅ），非常适合复杂时序逻辑的设计。ＦＬＡＳＨ采用ＳＡＭ－ ＳＵＮＧ公司的ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ芯片Ｋ９Ｆ８Ｇ０８，接口宽度８位。每 个芯片含８１９２个数据块，一个块分为６４页，每页大小为（２Ｋ＋ ６４）Ｂｙｔｅｓ，其中６４Ｂｙｔｅｓ为空闲区，存储容量为８Ｇｂｉｔ。它以页为 单位进行读写，以块为单位擦除、命令、数据、地址共用同一总 线，具有硬件数据保护功能。 ２．２ＭＡＸ４９１设计时需要注意的问题 （１）ＲＳ－４２２传输线上匹配的一些说明：理论上，在每个接 收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰 减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握，美国 ＭＡＸＩＭ公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在 什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换 时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间 的３倍以上时就可以不加匹配。 ＊一般终端匹配采用终接电阻方法，ＲＳ－４２２在总线电缆的 远端并接电阻，终接电阻一般在ＲＳ－４２２网络中取１００Ω，这种 匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率， 对于功耗限制比较严格的系统不太适合； ＊另外一种比较省电的匹配方式是ＲＣ匹配； ＊还有一种采用二极管的匹配方法。 （２）ＲＳ－４２２的接地问题 ＲＳ－４２２传输网络的接地是很重要的，因为接地系统不合 理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传麻海霞：在读硕士研究生 基金项目：总装备部（９１４０Ａ１７０８０３０７ＢＱ０４０９） 记忆 内存，也称为内存存储器，通常也称为主存储器，是计算机的主要组成部分，与外部存储器不同。 存储器是计算机的重要组成部分之一，是与CPU通信的桥梁。 计算机中的所有程序都在内存中运行，因此存储器的性能对计算机有很大的影响。 内存，也称为内存，用于在CPU中临时存储操作数据，并与硬盘等外部存储器交换数据。 只要计算机在运行，CPU就会把需要计算的数据传送到内存中进行计算，然后在计算完成后，CPU将结果传送出去， 存储器的运行也决定了计算机的稳定运行。存储器由存储器芯片、电路板和金手指组成。 分类 一般来说，微型计算机的存储器包括磁芯存储器和半导体存储器， 微型计算机的存储器是半导体存储器。 半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）， 只读存储器也称为读写存储器。 1随机存取存储器 随机存取存储器 随机存取存储器（RAM）是一种可以随机读/写数据的存储器，也称为读/写存储器。Ram有以下两个特点：第一，它可以读写。 读出时原始存储内容不会损坏， 原始存储器的内容只有在写入时才被修改。 其次，RAM只能用于信息的临时存储。一旦电源关闭，就可以读取电源 存储的内容会立即消失，即不稳定。 Ram通常由MOS半导体存储器组成， 根据数据存储机制，可分为动态RAM和静态RAM。 DRAM是高度集成的，主要用于大容量存储。SRAM具有存取速度快的特点，主要用于高速缓冲存储器。 2只读存储器 ROM是只读存储器。顾名思义，它只能阅读原始内容， 用户无法再编写新内容。原始存储内容由制造商使用掩蔽技术编写， 永远保存。它通常用于存储特殊的固定程序和数据。 只读存储器是一种非易失性存储器， 不需要额外的电源来保存信息，并且不会因为电源故障而丢失信息。 根据内容是否可以在线重写，可以分为两类：不能在线重写的ROM和可以在线重写的ROM。 不能在线重写的ROM包括mask ROM、prom和EPROM； 在线可擦只读存储器包括EEPROM和Flash ROM。 三。CMOS存储器（互补金属氧化物半导体存储器） 2011年4月15日第34卷第8期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Apr.2011V ol.34N o.8 基于NAND FLASH 的高速大容量存储系统设计 朱知博 (中国空空导弹研究院,河南洛阳 471009) 摘 要:为了解决目前记录系统容量小、存储速度低的问题,采用性能优良的固态N A ND 型FL A SH 为存储介质,大规模集成电路F PGA 为控制核心,通过使用并行处理技术和流水线技术实现了多片低速F LA SH 对高速数据的存储,提高了整个系统的存储容量和存储速度。针对F LA SH 内部存在坏块的自身缺陷,建立一套查询、更新和屏蔽坏块的处理机制,有效的提高了数据存储的可靠性。 关键词:高速;流水线;F L ASH ;F PG A 中图分类号:T N911 34 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(2011)08 0170 04 Design of High speed and Mass Storage System Based on NAND Flash ZH U Zhi bo (Chi na Airborne Missi le Academy,L uo yang 471009,China) Abstract :In or der to solv e t he problem o f small capacity and lo w speed storag e in the recor ding system,the so lid NA N D Flash w ith excellent per for mance is taken as a sto rag e medium and larg e scale integr ated circuit o f F PG A as a contr ol cor e.T he application o f parallel pro cessing techno log y and pipeline techno log y makes the hig h speed dat a stor age achieved by sev eral low speed Flash,which impro ves t he stor age capacity and sto rage speed o f the who le sy st em.Aiming to the draw back of internal bad block in Flash,a set of pr ocessing mechanism for inquir ing,updating and shielding bad block is established,thus the reliability o f the data stor age is impr ov ed. Keywords :high speed;f low line;Flash;FP GA 收稿日期:2010 12 26 0 引 言 在数据采集存储系统中,往往需要对采集后的数据进行存储以方便后续分析处理。随着我国航空电子技 术和雷达成像技术的快速发展,分辨率和采样率大幅提升,由此便带来了高速大容量数据的存储问题。同时存储系统又要求掉电存储数据并具有良好的抗振动能力,因此存储电路通常采用非易失的电路芯片构成,而传统的DOC,E 2PROM 等存储技术由于容量小、速度低等缺点已经不适用高速大容量数据的存储。快速发展的闪速存储器(FLASH M EM ORY)因其具有体积小、成本低、功耗小、寿命长、抗振动和宽温度适应范围等特点,逐渐成为高速大容量存储系统设计的主流方案。1 FLASH 的控制逻辑 目前FLA SH 芯片主要分为N OR 型和NA ND 型。NOR 型具有可靠性高,随机读取速度快等优点,适用于程序代码的存储。NA ND 型是一种线性存储设备,适用于大容量数据和文件的存储。K9WBG08U1M [1]是三星公司推出的一款NAND 型 FLASH 芯片,存储容量达到4GB,它内部由两片2GB 的FLASH 构成,通过片选信号CE1/CE2进行选择控制,每片FLA SH 由8192个块组成,每块有64页,每页能存储(4096+128)个字节的数据。因此,访问芯片需要5个地址周期,其中3个周期的行地址用来确定某一页,2个周期的列地址用来确定每页的某个字节。对FLASH 进行的操作主要有:存储、读取和擦除。由于指令、地址和数据复用芯片的8个I/O 口,因此需要2个控制信号CLE 和ALE 分别锁存指令和地址。 存储操作一般使用基于页的连续存储模式,所有的命令字、地址、数据都是在WE 的上升沿写入。首先输入命令字80H ,随后紧跟输入5个周期的地址,并且在WE 的上升沿将串行输入数据加载进芯片内部的数据存储器中,最后输入页编程确认命令10H 便可启动存储操作,数据将自动的从片内寄存器写入存储体中,随后可通过输入读状态命令70H 来判断I/O 端口输出是否为0来检测此次编程操作的成功性。 读取操作通常也以页为单位进行。输入起始命令字00H 、5个周期的地址和结束命令字30H 后,对应地址的一页4096个字节数据便传输给数据寄存器,随后在RE 的下降沿将数据驱动到I/O 总线输出。 擦除操作与存储、读取操作略有不同,它是以块为 存储器的种类、特性和结构 一、分类 按元件组成：半导体M，磁性材料存储器（磁芯）， 激光存储器 按工作性质：内存储器：速度快，容量小（64K?8Gbyte） 外存储器：速度慢，容量大（20MB?640GB）二、半导体存储分类 RAM SRAM 静态 DRAM 动态 IRAM 集成动态 ROM 掩膜ROM PROM 可编程 EPROM 可改写 E PROM 可电擦除 三、内存储器性能指标 1. 容量M可容纳的二进制信息量，总位数。 总位数=字数×字长bit，byte，word 2. 存取速度 内存储器从接受地址码，寻找内存单元开始，到它 取出或存入数据为止所需的时间，T A。 T A越小，计算机内存工作速度愈高，半导体M存储 时间为几十ns?几百ns ns=mus 3.功耗 维持功耗操作功耗 CMOS NMOS TTL ECL （低功耗.集成度高）（高速.昂贵.功耗高） 4、可靠性 平均故障间隔时间 MTBF（Mean Time Between Failures） 越长，可靠性越高.跟抗电磁场和温度变化的能力有关. 5、集成度 位/片1K位/片?1M位/片 在一块芯片上能集成多少个基本存储电路 （即一个二进制位） 四、存储器的基本结构 随机存储器RAM 或读写存储器 一、基本组成结构 存储矩阵 寄存二进制信息的基本存储单元的集合体，为便于读写，基本存储单元都排列成一定的阵列，且进行编址。 N×1—位结构：常用于较大容量的SRAM，DRAM N×4 N×8 —字结构常用于较小容量的静态SRAM 2、地址译码器 它接收来自CPU的地址信号，产生地址译码信号。选中存储矩阵中某一个或几个基本存储单元进行读/写操作 两种编址方式： 单译码编址方式. 双译码编址方式 （字结构M）（复合译码） 存储容量 第 2 章大容量存储设备- 磁盘阵列 2.1 大容量存储设备的概念 所谓大容量硬盘，在磁盘阵列的概念中，并不是指市场上所卖的9GB, 18GB, 36GB, 90GB,180GB的单个硬盘容量较大叫大容量。而是指将这些单个硬盘透过RAID的技术，按RAID LEVEL组合成更大容量的硬盘。例如从100GB. 800GB或到更大的5000GB(5TB)，依单个硬盘的个数，容量，可组合成不同超大容量的磁盘阵列系统，从主机端来看磁盘阵列，是一个超大硬盘，同样的与单个盘一样的可以分不同的区域(LUN) 。此超大硬盘的功能，则要视你所选择的RAID Level的级别，有着不同的功能(可参考Appendix A 的章节)。然而未来市场对容量的需求由目前的Gigabytes(GB)到Terabytes(TB, 1 TB = 1000GB)进而到Petabytes(PB, 1PB = 1000TB)，相当于1,000,000,000,000,000个位，也就是10的15次方位元。这种大容量存储已经撑爆SCSI硬盘所能支持的程度，针对存取速度和硬盘数量的提高，显而易见的取代方案只有光纤通道仲裁回路也就是所谓的FC-AL(Fibre Channel Arbitrated Loop)，在此我们要强调的Ultra 2, Ultra 3(Ultra 160), Fibre Channel的磁盘阵列所用的CPU不能用以586 CPU为主了，因为速度是一大问题，必须是以Intel i960 RISC CPU为主(主要的理由在前言及第4章都有说明)。硬盘的存储方式就是所谓的动态存储，而磁带机不同，则是有顺序的，由前向后，或由后向前存取因而速度较慢，另外CD-ROM，或MO，虽是属动态存储，但速度仍然较硬盘慢，另外一点由CD-ROM组合成的CD-ROM Server or MO Server只是由一个管理程序所 第4章存储系统和结构 4.1 基本内容摘要 1、存储系统的组成 ◆存储器的分类 ◆主存 半导体存储器 SRAM、DRAM、ROM的基本电路 ◆辅存 2、主存的组织与操作 ◆半导体存储器的基本结构 ◆存储器中的数据组织 小端存放格式 大端存放格式 ◆半导体存储器的主要技术指标 存储容量 存储速度 ◆半导体存储器芯片的发展 DRAM芯片技术发展： FPM DRAM ；EDO DRAM ；SDRAM ；DDR SDRAM ◆主存储器的组织 SRAM HM 6116 DRAM Intel 2164 芯片的互联：位扩展、字扩展、字位扩展 ◆多体交叉存储技术 组成、工作原理 3、存储系统的层次结构 ◆层次化存储系统 ◆Cache-主存存储层次 ◆主存-辅存存储层次 4、高速缓冲存储器 ◆Cache的工作原理 Cache的结构 Cache的工作过程 ◆主存与Cache之间的地址映像 Cache的基本结构 地址映像和地址映像表 ◆直接映像 直接映像方式 主存地址 直接映像的访存过程 ◆全相联映像 全相联映像方式 主存和Cache的地址结构 主存和Cache的地址结构 全相联映像下的访存过程 ◆组相联映像 组相联映像方式 主存和Cache的地址结构 组相联映像下的访存过程 ◆替换策略和更新策略 三种替换算法：随机法、先进先出法、LRU法 更新策略：写回法、全写法、写装入法、写不装入法 5、虚拟存储器 ◆虚拟存储器的基本概念 虚拟存储器的工作原理 虚地址、实地址 ◆页式虚拟存储器 页式虚拟存储器地址结构 页式虚拟存储器的地址映像 页式虚拟存储器的地址变换过程 ◆段式虚拟存储器 段式虚拟存储器地址结构 段式虚拟存储器的地址映像 段式虚拟存储器的地址映像过程 ◆段页式虚拟存储器 段页式虚拟存储器的地址结构 段页式虚拟存储器的地址映像 段页式虚拟存储器的地址映像过程 1.内存储器主要分为哪两类？它们的主要区别是什么？ 内存储器分为随机存取存储器RAM（Radom Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两类。 RAM中信息可以按地址读出，也可以按地址写入。RAM具有易失性，掉电后原来存储的信息全部丢失，不能恢复。 ROM 中的信息可以按地址读出，但是在普通状态下不能写入，它的内容一般不能被改变。ROM具有“非易失性”，电源关闭后，其中的信息仍然保持。 2.说明SRAM、DRAM、MROM、PROM和EPROM的特点和用途。 SRAM：静态RAM，读写速度快，但是集成度低，容量小，主要用作Cache或小系统的内存储器。 DRAM：动态RAM，读写速度慢于静态RAM，但是它的集成度高，单片容量大，现代微型计算机的“主存”均由DRAM构成。 MROM：掩膜ROM，由芯片制作商在生产、制作时写入其中数据，成本低，适合于批量较大、程序和数据已经成熟、不需要修改的场合。 PROM：可编程ROM，允许用户自行写入芯片内容。芯片出厂时，所有位均处于全“0”或全“1”状态，数据写入后不能恢复。因此，PROM只能写入一次。 EPROM：可擦除可编程只读存储器，可根据用户的需求，多次写入和擦除，重复使用。用于系统开发，需要反复修改的场合。 3.已知一个SRAM芯片的容量为8K×8，该芯片有一个片选信号引脚和一个读/写控制 引脚，问该芯片至少有多少个引脚？地址线多少条？数据线多少条？还有什么信号线？ 根据存储芯片地址线数量计算公式，k＝log2（1024*8）= log2（213）=13，即总计有13根地址线。另有8根数据线、2根电源线。所以该芯片至少有25（=13+8+1+1+2）根引脚。 4.巳知一个DRAM芯片外部引脚信号中有4根数据线，7根地址线，计算它的容量。 根据存储容量计算公式S＝2k×I，可得该芯片的存储容量为：214*4=16K×4bit（位），也可表示为64Kb=8KB（字节）。 5.32M×8的DRAM芯片，其外部数据线和地址线为多少条? 根据存储芯片地址线数量计算公式，k＝log2（1024*1024*32）= log2（225）=25，即需要25根地址线。但是，由于DRAM芯片的地址采用分时输入的方法，所以实际需要的地址线只有理论值的一半，此处为13根。数据线8根。 6.DRAM为什么需要定时刷新? DRAM靠MOS管极间电容存储电荷的有无决定所存信息是0还是1，由于漏电流的存在，它存储的信息不能长时间保存，需要定时重新写入，称为“刷新”。 7.74LS138译码器的接线如图2.28所示，写出0Y、2Y、4Y、6Y所决定的内存地址范 围。 从图看出，该存储系统的片内地址线有13根 （A12-A0），是一个由8KB存储芯片组成的存储系 图 2.28 译码 内存储器和外存储器的区别: 内存储器是指我们常说的内存。内存储器是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存储器中进行的，因此内存储器的性能对计算机的影响非常大。内存储器(Memory)也被称为内存，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。内存储器速度更快、容量较小、成本较高。 内存储器 外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。外存储器则速度较慢、容量较大、成本较低。 外储存器 内存储器和外储存器区别： 内存储器只是用来交换数据一旦重启电脑，数据马上就没了。而外储存器是用来存储数据，即是是关闭了计算机后数据依然存在。这两个是完全不同的概念！ 内存储器有哪些? rom 咱们正常家里机器里的内存就是你所说的内存储器.还有cpu里面有个一级二级的缓寸也是内存储起.速度比较快.一但没有加电.里面就没数据. 外存储器又有哪些? 现在的营盘啊,光盘啊,u盘.软盘都是外存储器.他们储存的东西多.但速度没有内存快 他们的用途特点是什么? 内存:特点不没电就没数据.运行速度快,主要在cpu与外存储器之间.起到过度作用 外存.相反么.存储量大.造价便宜 第三章内存储器 一、教学目的： 1、了解内存储器的概念和发展、结构和性能指标。 2、掌握内存条的区分、选购和测试。 二、教学重点、难点： 掌握内存条的区分、选购和性能测试。 三、教具使用： 计算机一台，多媒体幻灯片演示，内存条若干 四、教学方法： 分析法和问题讨论法，引导学生分析内存条的结构、选购方法，以及如何测试内存条。 五、教学过程： 导入：由人的大脑、书、纸张对比引入到内存储器的知识学习。 幻灯片或板书课题：第三章内存储器 一、基础知识-认识内存储器 提问：仓库对现代化工厂中的流水线的影响？ 学生看书、思考并回答； 教师归纳总结并由仓库的作用引入内存条的工作原理，并进一步介绍内存条的的组成、分类及主要性能参数。 1. 内存条的工作原理（作用）：中转数据 2. 内存条的组成： 内存条主要由印刷电路板、内存颗粒、SPD芯片、金手指等组成。 3. 内存条的分类和区别 讲解主流三种内存条引脚和定位键（缺口） 4. 内存的封装和技术指标 二、制定选购方案-选购原则及分析 提问：计算机运行需要什么类型、多大内存才能够发挥最佳性能？ 学生思考看书进行回答； 教师归纳、引导学生根据计算机实际使用条件确定计算机内存的各项参数，进行进一步的分析和选购。 1. 确定内存容量 影响内存容量的要素：操作系统、使用模式、硬件设备和用户类型 2. 确定内存带宽 应保证内存带宽与主板和CPU前端总线一致 3. 确定内存种类和条数 根据主板内存插槽（定位键）或说明书确定所需内存条种类；应确保使用的内存条数最少，避免多条内存之间出现兼容性故障，方便内存扩充 三、实战：内存储器的选购 提问：如何购买内存条？ 教师引导学生思考，并利用幻灯片介绍各种内存颗粒和内存条的鉴别与选择。 第四章存储器结构 4．3 存储器容量扩展 微机系统中主存储器通常由若干存储芯片及相应的存储控制组织而成，并通过存储总线(数据总线、地址总线和控制总线)与CPU及其他部件相联系，以实现数据信息、控制信息的传输。由于存储器芯片的容量有限，实际应用中对存储器的字长和位长都会有扩展的要求。 一、存储器字扩展 *字扩展是沿存储字向扩展，而存储字的 位数不变。 *字扩展时，将多个芯片的所有地址输入 端、数据端、读／写控制线分别并联 在一起，而各自的片选信号线则单独 处理。 *4块内存芯片的空间分配为： 第一片，0000H-3FFFH 第二片，4000H-7FFFH 第三片，8000H-BFFFH 第四片，C000H-FFFFH 二、存储器位扩展 *存储器位扩展是沿存储字的位向扩展， 而存储器的字数与芯片的字数相同。 *位扩展时 将多个芯片的所有地址输入端都连接 在一起； 而数据端则是各自独立与数据总线连 接，每片表示一位 *片选信号线则同时选中多块芯片，这些 被选中的芯片组成了一个完整的存储 字。 三、存储器位字扩展 *存储器需要按位向和字向同时扩展，称存储器位字扩展 *对于容量为 M×N 位的存储器，若使用 L×K 位的存储芯片， 那么，这个存储器所需的芯片数量为：(M/L)×(N/K) 块。 P160图4-3-3表示了一个用2114芯片构成的4KB存储器。如下图： *2114芯片是1K×4R 芯片 *用2块2114芯片构成1组（1K×4×2=1K×8） *再有4组构成4K×8（1K×8×4）位的存储器 *共计需用8块2114芯片 这4个组的选择： *使用A0和A11作地址线：经译码后选择4个分组 *使用A0～A9作为组内的寻址信号 *数据总线为D0～D7 ◆存储器容量的扩展方法总结： 字扩展（将多个芯片的所有地址输入端、数据端、读/写控制线分别都连接在一起，选片信号单独处理） 位扩展（数据线独立处理，选片信号选中多块芯片） 字位扩展（分组，每组又有多个芯片），见（PAGE 161） 记忆 内存，也称为内存存储，通常也称为主内存，是计算机的主要组件，它相对于外部内存。 内存是计算机的重要组成部分之一，是与CPU通信的桥梁。 计算机中的所有程序都在内存中运行，因此内存的性能对计算机有很大的影响。 内存，也称为内存，用于将操作数据临时存储在CPU中，并与诸如硬盘之类的外部存储器交换数据。 只要计算机在运行，CPU就会将需要计算的数据传输到内存中进行计算，然后在计算完成后，CPU会传输结果， 内存的运行还决定了计算机的稳定运行。内存由内存芯片，电路板和金手指组成。 分类 通常，微型计算机的存储器包括磁芯存储器和半导体存储器， 微型计算机的存储器是半导体存储器。 T半导体存储器可以分为随机存取存储器（RAM）， 只读存储器（ROM）也称为读写存储器。 1.随机存取存储器 随机存取存储器 随机存取存储器（RAM）是一种可以随机读取/写入数据的存储器，也称为读取/写入存储器。 Ram具有以下两个特征：一是它可以读写。 原始存储的内容在读出时不会损坏， 原始存储的内容仅在写入时才被修改。 其次，RAM只能用于信息的临时存储。电源一旦关闭，电源就可以读出 存储内容立即消失，即易失。 Ram通常由MOS半导体存储器组成， 根据数据存储的机制，它可以分为动态RAM和静态RAM。 DRAM具有高度集成的特点，主要用于大容量存储器。SRAM的特点是访问速度快，主要用于高速缓冲存储器。 2.只读内存 ROM是只读存储器。顾名思义，它只能读取原始内容， 用户不能再写新内容。原始存储内容由制造商使用遮罩技术编写， 并永远保留下去。它通常用于存储特殊的固定程序和数据。 只读存储器是一种非易失性存储器， 无需额外的电源来保存信息，并且不会因电源故障而丢失信息。 根据内容是否可以在线重写，可以分为两种类型：不能在线重写的ROM和可以在线重写的ROM。 不能在线重写的ROM包括mask ROM，prom和EPROM； 在线可擦写ROM包括EEPROM和Flash ROM。 3. CMOS存储器（互补金属氧化物半导体存储器） 目录 一、 1.1摘要 (2) 1.2关键词 (2) 1.3基本原理 (2) 二、设计方案 (2) 三、硬件设计 (2) 2.1系统的硬件设计及功能 (2) 2.2各元件的功能及作用 (3) 2.3简单大容量数据存储器系统扩展 (8) 三、系统软件设计 (10) 四、结束语 (12) 参考文献 (13) 一、 1.1摘要 在单片机构成的实际测控系统中，仅靠单片机内部资源是不行的，单片机的最小系统也常常不能满足要求，因此，在单片机应用系统硬件设计中首先要解决系统扩展问题。51单片机有很强的外部扩功能,传统的用IO口线直接控制大容量数据存储器的片选信号的扩展系统存在运行C51编译的程序时容易死机的缺点。文中介绍了一种改进的基于CPLD的51系列单片机大容量数据存储器的扩展方法，包括硬件组成和软件处理方法。 1.2关键词 CPLD 数据存储器 EPM7128 1.3基本原理 MCS-51 单片机系统扩展时，一般使用P0 口作为地址低8位（与数据口分时复用），而P2口作为地址高8位，它共有16根地址总线，最大寻址空间为64KB。但在实际应用中，有一些特殊场合，例如，基于单片机的图像采集传输系统，程控交换机话单的存储等，需要有大于64KB 的数据存储器。 二、设计方案 在以往的扩展大容量数据存储器的设计中，一般是用单片机的IO口直接控制大容量数据存储器的片选信号来实现，但是这种设计在运行以C51编写的程序（以LARGE 方式编译）时往往会出现系统程序跑飞的问题，尤其是在程序访问大容量数据存储器（如FLASH）的同时系统产生异常（如中断），由于此时由IO 口控制的片选使FLASH 被选中而SRAM 无法被选中，堆栈处理和函数参数的传递无法实现从而导致程序跑飞的现象。文章介绍一种基于CPLD 的大容量数据存储器的扩展系统，避免了上述问题的产生，提高了扩展大容量数据存储器系统的可靠性。该系统MCU 采用89C52，译码逻辑的实现使用了一片EPM7128 CPLD 芯片，系统扩展了一片128K 的SRAM，一片4M 字节的NOR FLASH，以上芯片均为5V 供电。 三、硬件设计 2.1 系统的硬件构成及功能 W241024A 是128K × 8 位的静态RAM，共需17 根地址线，其A0~A7 接经CPLD 锁存输出的 ROM存储器内涵EPROM2716存储器的介绍 课堂教学实施方案 授课时间： 课 题：只读存储器ROM 、主存储器的设计 5.3 只读存储器ROM 指在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作的一类存储器，在不断发展变化的过程中，ROM 器件也产生了掩模ROM 、PROM 、EPROM 、EEPROM 等各种不同类型。 一、掩模ROM 如图4-11所示，是一个简单的4×4位的MOS ROM 存储阵列，采用单译码方式。这时，有两位地址输入，经译码后，输出四条字选择线，每条字选择线选中一个字，此时位线的输出即为这个字的每一位。 此时，若有管子与其相连（如位线1和位线4），则相应的MOS 管就导通，这些位线的输出就是低电表平，表示逻辑“0”；而没有管子与其相连的位线（如位线2和位线3），则输出就是高电平，表示逻辑“1”。 二、可编程的ROM 掩模ROM 的存储单元在生产完成之 后，其所保存的信息就已经固定下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制造了一种可由用户通过简易设备写入信息的ROM 器件，即可编程的ROM ，又称为PROM 。 PROM 的类型有多种，我们以二极管破坏型PROM 为例来说明其存储原理。 这种PROM 存储器在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的PN 结，字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存储内容均为“1”。如果用户需要写入程序，则要通过专门的PROM 写入电路，产生足够大的电流把要写入“1”的那个存储位上的二极管击穿，造成这个PN 结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位就意味着写入了“1”。读出的操作同掩模ROM 。 除此之外，还有一种熔丝式PROM ，用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入“1”的目的。 对PROM 来讲，这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的二极管不能再正常工作，烧断后的熔丝不能再接上，所以这种ROM 器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了。 P + P + A l S i O 2S D 浮空多 晶硅栅 N 基体 字线 EPROM (a) (b) 位线 大容量数据存储解决方案 大容量数据存储现状 人类已经步入一个数字化的信息时代，IT在社会生活的各个领域中正处于前所未有的关键地位。IT 部门的各种业务数据的数据量近年来呈几何级增加，这些数据必须存储很长的时间并且确保其可访问性。大量的业务数据保存在非常昂贵的第一层磁盘存储上不是一个明智的选择。虽然存储虚拟化技术有助于通过整合数据存储部分解决这一难题，但是，仔细分析他们的存储使用情况和性能需求，并实施分层的存储体系结构中，组织可以针对存储基础架构与业务需求寻求最佳解决方案。 新技术满足不断增长的存储需求 IT 管理人员的最大挑战之一，是大量数据高效、安全地长期保存，快速和简单管理维护。当下IT管理人员需要关注的主要问题是需要存储的数据的爆炸式增长。 根据"The Digital Universe"预测，"从现在到 2020 年，世界范围内创建和拷贝的数字信息的总量会难以置信的快速增长，各种媒体形式例如声音、电视、电台、电影、文档将不断从模拟存储转换到数字保存，数字宇宙将增长几乎快到 120 万 PB的容量或 1.2 ZB。这种爆炸式的增长意味着到 2020 年，我们的数据总量将比2009年增长44倍。短信、电子邮件、文档、图片、视频、社交网络，等等采用云存储服务和嵌入式的系统进行保存，他们将增长近67倍。虽然人在家里，但工作中还是在移动设备上进行，企业估计有70％的全数字化的信息内容存储在IT部门。因此，IT管理团队肩负着存储系统的基础设施建设以及数据安全保护的重任。 然而，文件的增长速度在很大程度上增加了存储管理员本已沉重和复杂的工作量。据IDC预测，到2020年，全球IT专业存储管理人员的数量增长速度仅为1.4。人才资源紧缺的存储管理员要管理更多的数据，IT部门必须提高运营效率。提升存储效率明显的技术至今已经有云计算、虚拟化技术，它利用虚拟化整合工作负载，提高资源利用率，最大限度地减少昂贵的空闲时间。IT部门还可以动态地分配硬件资源时需要它们的地方，无需过度配置，以满足高峰负荷的需求，综合系统提高IT效率，减少了管理存储系统的维护时间。高速大容量FLASH存储系统设计
外接大容量存储器
51单片机大容量数据存储器的扩展
基于FPGA的高速大容量FLASH存储
内存储器和外存储器的区别
基于NANDFLASH的高速大容量存储系统设计
存储器及其接口
大容量存储设备
第4章存储系统和结构
内存储器
内存储器和外存储器的区别
第三章 内存储器-教案
存储器结构
内存储器和外存储器的区别
单片机大容量数据存储器的扩展
ROM存储器内涵EPROM2716存储器的介绍
大容量数据存储解决方案