存储器设计
存储器电路原理与设计方法
存储器电路原理与设计方法在现代电子设备中，存储器扮演着至关重要的角色。
无论是个人电脑、智能手机还是服务器，都需要大量的存储器来存储和读取数据。
因此，了解存储器电路原理和设计方法对于电子工程师来说至关重要。
本文将重点介绍存储器电路的原理和设计方法。
一、存储器电路概述存储器电路是一种电子器件，用于存储和读取数字信息。
根据存储方式的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。
1. 随机存取存储器（RAM）随机存取存储器是一种能够随机访问数据的存储器。
RAM分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）两种类型。
- 静态随机存取存储器（SRAM）SRAM是一种由触发器构成的存储器，存储单元的电平可以一直保持，不需要周期性地刷新。
它的读写速度快，但占用的面积大，功耗高，成本较高。
- 动态随机存取存储器（DRAM）DRAM是一种使用电容器存储位信息的存储器。
电容器需要周期性地进行刷新，以保持数据的正确性。
DRAM的读写速度较慢，但是具有高集成度、低功耗和低成本的优点。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种只允许读取数据而不能写入数据的存储器。
它可以固化程序和数据，常见的类型有只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦写可编程只读存储器（EPROM）和电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）等。
二、存储器电路设计原理1. 存储单元存储器的核心是存储单元，每个存储单元能够存储一个位信息。
存储单元由触发器或电容器构成，使用不同的电路实现存储功能。
2. 地址译码器地址译码器用于将外部地址信号转换为选通存储单元的信号。
地址译码器根据存储器的容量和位数进行设计，能够实现多个存储单元的选择。
3. 复用器和解复用器复用器和解复用器用于将数据输入/输出多路复用到存储器的不同存储单元。
复用器将多个输入数据复用到一个总线上，解复用器将一个总线上的信号解复用到多个输出端口。
杭电计组实验5-存储器设计实验
5’b000007 32’b0000000732’b0000000732'h0055_752332'h0055_7523
(2)答：这些单元的数据已经被改写了。读出数据与写入数据一致。
RAM_B uut (
.clka(clka),
.wea(wea),
.addra(addra),
.dina(dina),
.douta(douta)
);
initial begin
// Initialize Inputs
clka = 0;
wea = 0;
addra = 0;
dina = 0;
// Wait 100 ns for global reset to finish
NET "Clk" LOC = C9;
NET "LED[4]" LOC = M11;
NET "LED[3]" LOC = V15;
NET "LED[2]" LOC = U15;
NET "LED[1]" LOC = V16;
NET "LED[0]" LOC = U16;
NET "Mem_Addr[7]" LOC = U8;
output reg [7:0]LED;
wire [31:0]M_R_Data;//存在存储器里的32位读出数据
reg [31:0]M_W_Data;//寄存在暂存器的32位写入数据
RAM_B test_ram (
课程设计存储器设计
课程设计存储器设计一、教学目标本课程的学习目标包括：知识目标：学生需要掌握存储器的基本原理、不同类型的存储器及其特点，以及存储器的设计方法和步骤。
技能目标：学生能够运用所学的知识，分析和设计简单的存储器电路，并能够使用相关工具进行仿真和测试。
情感态度价值观目标：通过学习存储器设计，培养学生的创新意识和团队合作精神，提高他们对电子技术的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括：1.存储器的基本原理：介绍存储器的工作原理、存储单元的结构和存储器的主要性能指标。
2.不同类型的存储器及其特点：讲解随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存等不同类型存储器的原理和应用。
3.存储器的设计方法和步骤：介绍存储器的设计流程，包括需求分析、逻辑设计、物理设计等步骤。
4.存储器电路的仿真和测试：使用相关工具进行存储器电路的仿真和测试，验证设计的正确性和性能。
三、教学方法本课程的教学方法包括：1.讲授法：通过讲解存储器的基本原理、不同类型的存储器及其特点，以及存储器的设计方法和步骤，传授给学生相关的知识。
2.讨论法：通过小组讨论，引导学生思考和探索存储器设计的难点和问题，培养他们的创新思维和解决问题的能力。
3.案例分析法：通过分析具体的存储器设计案例，让学生了解和掌握存储器设计的实际应用。
4.实验法：通过实验室的实践操作，让学生亲手设计和测试存储器电路，提高他们的实际操作能力和实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用合适的教材，提供全面、系统的存储器设计知识。
2.参考书：提供相关的参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作课件、演示文稿等多媒体资料，生动形象地展示存储器的设计原理和过程。
4.实验设备：提供实验室设备和工具，供学生进行存储器电路的设计和测试。
五、教学评估本课程的评估方式包括：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置相关的作业，评估学生的理解和应用能力，包括设计存储器电路的练习和报告。
存储器设计
存储器设计(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--*************课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：存储器设计院（系）：***********专业：***********班级：***********学号：***********姓名：***********指导教师：***********完成日期：***********目录第1章总体设计方案 ................................................................ 错误!未定义书签。
设计原理....................................................................................... 错误!未定义书签。
设计思路....................................................................................... 错误!未定义书签。
设计环境........................................................................................ 错误!未定义书签。
第2章详细设计方案 ................................................................ 错误!未定义书签。
顶层方案图的设计与实现 .......................................................... 错误!未定义书签。
创建顶层图形设计文件 ............................................................ 错误!未定义书签。
存储器与寄存器设计
存储器与寄存器设计1. 导言在计算机系统中，存储器和寄存器是两个重要的组成部分。
存储器用于存储数据和指令，而寄存器则用于临时存放和处理数据。
本文将重点论述存储器和寄存器的设计原则和方法。
2. 存储器设计存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的设备。
其设计需要考虑容量、速度、稳定性和可靠性等因素。
2.1 存储器类型常见的存储器类型包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存等。
在设计存储器时，需要根据应用需求选择合适的类型。
2.2 存储器组织结构存储器的组织结构分为层次式结构和平坦式结构。
层次式结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，其中高速缓存用于提高读写速度。
平坦式结构指主存储器和辅助存储器直接相连，适用于较小规模的系统。
2.3 存储器管理存储器管理是指对存储器进行分配和回收等操作。
常用的存储器管理方式有静态存储器管理和动态存储器管理。
静态存储器管理通过编译器确定存储器的分配和回收时机，而动态存储器管理由操作系统负责管理。
3. 寄存器设计寄存器是计算机系统中用于临时存放和处理数据的设备。
其设计需要考虑存储容量、读写速度和位宽等因素。
3.1 寄存器的种类常见的寄存器种类包括通用寄存器、特定用途寄存器和状态寄存器等。
通用寄存器用于存放临时数据，特定用途寄存器用于特定计算操作，状态寄存器用于存放处理器的状态信息。
3.2 寄存器位宽寄存器的位宽决定了其可以存储的最大数据量。
在设计寄存器时，需要根据计算需求选择合适的位宽，以提高计算效率。
3.3 寄存器读写速度寄存器的读写速度对计算机系统的性能有重要影响。
为提高读写速度，可采用并行读写、预取和流水线等技术。
4. 存储器与寄存器协同设计存储器和寄存器在计算机系统中紧密配合，提供高效的数据存储和处理能力。
在存储器和寄存器的设计过程中，需要考虑它们的互联和数据传输等问题。
4.1 存储器与寄存器的接口存储器和寄存器通过总线进行数据传输。
在设计存储器与寄存器的接口时，需要考虑数据传输的稳定性和速度。
单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略
单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略引言：在当今数字化时代，嵌入式系统的普及和应用日益广泛。
而单片机作为嵌入式系统的核心部件，其存储器系统设计的优化和性能提升对于嵌入式系统整体性能的提升至关重要。
本文将探讨单片机的存储器系统设计原理，以及如何通过优化策略实现性能的提升。
一、存储器系统设计原理单片机的存储器系统由程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）和特殊功能寄存器（SFR）组成。
这三个部分在单片机的整体运作中扮演着不同的角色。
1. 程序存储器（ROM）程序存储器用于存储单片机的程序代码。
根据存取方式的不同，可将程序存储器分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
只读存储器通常包括可编程只读存储器（PROM）、电可擦可编程只读存储器（EPROM）和电子擦可编程只读存储器（EEPROM）。
2. 数据存储器（RAM）数据存储器用于存储单片机运行过程中产生的中间数据。
它通常具有读写能力，可以根据需要进行数据的读取和写入操作。
根据存取方式和存放位置的不同，可以将数据存储器分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
SRAM具有快速存取速度和不需要刷新的特点，而DRAM占用的面积更小且价格更低。
3. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器是单片机的特殊存储器，用于保存各种系统和外设的控制和状态信息。
这些寄存器可以通过特定的地址进行访问和控制，实现单片机与外设的交互。
特殊功能寄存器的设计合理与否直接影响着整个系统的性能。
二、性能优化策略为了提升单片机系统的性能，可以从以下几个方面来进行优化：1. 存储器容量优化合理利用存储器容量是优化存储器系统性能的关键。
通过对程序代码和数据存储的分析，可以估算出所需要的存储器容量，并根据实际需求选择合适的存储器芯片。
同时，可以采用编程优化的方法，如代码压缩和数据压缩，减小所需存储器容量。
2. 存储器速度优化存储器访问速度对于单片机系统的性能至关重要。
存储器设计课程设计
存储器设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握存储器设计的基本原理和方法，包括存储器的分类、工作原理、性能评价和设计流程。
学生应能够理解并分析不同类型的存储器，如RAM、ROM、Cache等，并掌握存储器层次结构的设计和优化方法。
此外，学生还应具备一定的实验技能，能够进行存储器设计的仿真和测试。
通过本课程的学习，学生应能够将所学的知识和技能应用于实际的存储器设计项目中，提高解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括存储器的基本概念、存储器层次结构、存储器设计方法和实验技能。
具体包括：1.存储器的基本概念：介绍存储器的定义、分类和性能指标，如容量、速度、功耗等。
2.存储器层次结构：讲解存储器层次结构的原理和设计方法，包括单级存储器、多级存储器和虚拟存储器。
3.存储器设计方法：详细介绍存储器的设计流程，包括存储单元设计、存储器阵列设计和读写电路设计。
4.实验技能：通过实际操作，使学生掌握存储器设计的仿真和测试方法，提高实验技能。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握存储器设计的基本原理和方法。
2.讨论法：学生进行小组讨论，引导学生主动思考和探索存储器设计的问题。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解存储器设计的应用场景和挑战。
4.实验法：让学生亲自动手进行存储器设计的仿真和测试，提高实验技能和实际问题解决能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将准备以下教学资源：1.教材：选用合适的教材，如《存储器设计》等，为学生提供系统的学习材料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，如《计算机组成与设计》等，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，丰富学生的学习体验。
4.实验设备：准备存储器设计的实验设备，如FPGA开发板、仿真器等，为学生提供实际操作的机会。
基于FPGA的外部存储器设计
基于FPGA的外部存储器设计FPGA是一种可编程逻辑设备，可以被重新编程用于实现不同的功能。
在计算机系统中，外部存储器是一种用于保存数据的设备，例如硬盘、固态硬盘(SSD)和闪存。
在本文中，我们将探讨如何设计基于FPGA的外部存储器。
外部存储器在计算机系统中起着至关重要的作用，它可以保存大量的数据，并且在计算机断电后，数据仍然可以保持完整。
外部存储器的性能和容量对计算机系统的整体性能具有重要影响。
在大数据应用和高性能计算中，对外部存储器的需求越来越高。
在设计基于FPGA的外部存储器时，我们需要考虑以下几个方面：1.存储介质选择：选择适合的存储介质对于设计外部存储器非常重要。
常见的存储介质包括硬盘、固态硬盘(SSD)和闪存。
每种存储介质都具有不同的性能和容量特性，我们需要根据具体的应用场景进行选择。
2.存储器控制器设计：存储器控制器是FPGA与外部存储器之间的接口。
它负责实现数据的读写操作，以及处理错误检测和纠正功能。
存储器控制器还需要支持各种不同的存储介质和接口标准。
3.存储器接口设计：存储器接口是FPGA与外部存储器之间的物理连接。
常见的存储器接口包括SATA、PCIe和USB。
我们需要根据具体的应用场景选择适合的存储器接口，并确保接口带宽满足数据传输的需求。
4.数据传输优化：在设计外部存储器时，我们需要考虑如何优化数据传输的性能。
这可以通过使用数据缓存、并行数据传输和数据压缩等技术来实现。
优化数据传输可以提高存储器的访问速度和效率。
5.容量扩展性：外部存储器的容量通常是根据应用需求选择的。
在设计存储器时，我们需要考虑到容量的扩展性，以便将来能够方便地增加存储容量。
6.可靠性和可用性：对于外部存储器来说，可靠性和可用性是非常重要的。
我们需要设计一种容错机制，以确保即使在存储设备出现故障的情况下，数据仍然可以安全地存储和恢复。
7.能耗和成本：在设计外部存储器时，我们需要考虑到能耗和成本的限制。
通过采用低功耗设计和选择适当的存储介质，我们可以有效地减少能耗和成本。
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七
版图设计（10）
TOP 布线2
七
版图设计（11）
TOP 布线3
1. 2. 3. 4. 5. 工作电压 5V 功耗 200 UW 温度 -40—125度 异步方式 应用于数据缓存
2.5 流片工艺
1. 6s06dpdm工艺 2. 6英寸硅片 3. 0.6微米Si栅Cmos 双阱双多晶双金属 4. 混合信号工艺 5. MPW多项目晶圆流片
2.6 模块布局布线
1. 模块 面积 1 x 0.5 mm 2. Pin 布局 3. 保护环 4. 布局 W/L 1/2
2.1 设计方案
2.2 结构特点
1. 存储体容量128个字 每字8位 2. 16字节矩阵16X8 3. 一个3-8列译码器 8个 反相器 4. 一个4-16行译码器16 个反相器 5. 8个灵敏放大器和8个 读控制器 6. 8个写入控制器 7. I/O信号分成三组： 地址线（A0-A6）， 数据线（OUT7-OUT0, IN7-IN0） 8. 控制线（SEL EN W CS)
128X8静态存储器设计
微电子CIC设计实验
设计步骤
一 二 三 四 实验目的 设计规划 流片工艺 设计流程
五 六 七 八
电路设计 版图设计 版图验证 设计报告
一
1. 2. 3. 4.
实验目的
5. 6. 7. 8. Composer 电路输入 spectre 电路模拟 Virtouso 版图编辑 Diva 版图验证
•
减少延迟时间和功耗。
六
产生所需的控制信号
电路设计（9)
6.9 ATD控制器
（address-transition-detect ） 电路功能： 电路原理：
当地址信号有变动时 能产生一个控制信号 然后结合其它的控制信号 来对存储器进行读写
电路仿真如图
六
电路设计（10）
6.10 TOP 原理图
七
六 电路设计（2）
6.2
16X8存储体 电路结构 16字节矩阵 16X8
六 电路设计（3）
6.3 128字节矩阵 8X16X8
六
6.4 3-8译码器
•
•
电路设计（4）
A2A1A0列地址译码器
用于A6A5A4A3行地址416译码器 逻辑 逻辑电路
• •
六
• •
电路设计（5）
6.5 4-16的译码器
存储单元PMOS
版图设计(1)
W/L 1.4/0.6 NMOS
W/L 2.5/0.6
七
版图设计（2）
存储体
七
版图设计（3）
3-8译码器
七
版图设计（4）
4-16的译码器
七
版图设计（5）
写控制器
七
版图设计（6）
读控制和读出灵敏放大器
七
版图设计（7）
ATD控制器
七
版图设计（8）
TOP布局
七 版图设计（9）
四
4.3
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
工艺（3）
图层的定义
N井（nwell） P井（pwell） p型的衬底 有源区（active）形成n/p型器件 高电阻层（H-res） 低剂量的注入 poly2形成多晶硅互连，多晶硅电阻以及顶层电容电级的形成 N+注入（n+ implant）形成n型的器件的源和漏 poly1多晶硅形成栅级、多晶硅互连 P+注入（p+ implant ）形成p型的器件的源和漏 Rom区（Romcode）在poly之前注入以形成rom区 接触孔（contact）用来做扩散与metal、poly1、poly2间互连 金属1（metal1）用来做互连使用(局部的互连 ) 金属2(metal2)用来做互连使用 通孔（via）metal1与 metal2间互连
四 工艺(1）
4.1 工艺参数 1. 工作电压3v~5v。 2. 硅晶向为p《100》 3. 薄层电阻为 15~25Ω.cm 4. 13层掩模
四
工艺(2）
4.2 基本的设计规则 1. mos的沟道长度 0.6um 2. Pmos的沟道长度 0.6um 3. 接触孔 0.6*0.6um 4. 金属1宽为0.8um 5. Via的尺寸为0.7*0.7um 6. 金属2的宽长比为0.9:0.8um
A3A4A5A6行地址译码 用两个3×8译码器级连来实现
当A6=0时,第一片3-8译码ห้องสมุดไป่ตู้工作 将高4位A6A5A4A3的地址码译成Y0~Y7 的八个低电平信号; 而当A6=1时,第二片3-8译码器工作 将高4位A6A5A4A3地址码译成Y8~Y15的 八个低电平信号
•
4-16译码器的数字波形
六
1.
全定制芯片设计方法 SRAM模块的设计方法 熟悉csmc06umdpdm工艺 CIC 设计环境设置
二 设计规划
1. 2. 3. 4. 5. 设计方案 特点及功能 工作原理 芯片功能性能 实现工艺 6. 工艺库相关库设计库 7. 电路输入 8. 单元布局布线 9. 模块布局布线 10.TOP布局布线
四
工艺（4）
4.4 1. 工艺文件tech.tf 2. 显示配置文件 display.drf 3. 系统保留器件 PTAP等 4. 用户自定义器件 5. Spectre模型文件 .csc 1. 基本规则文件 drc.rul
五 设计流程
六
电路设计（1）
六
电路设计（1）
6.1 存储单元（storage cell） 1. 六管 双稳态 2. 当N1高电压（’1’）时，N0变 为低电压（’0’） 3. N0使B1端确保为高电压。 4. N3和N4开关晶体管当W是’0’ 时，两个晶体管被关闭，当W 为’1’时，两个晶体管打开， 对存储单元里面的数据进行读 写。 5. 结构适合低功耗，静态电流基 本上可以忽略 6. W/L( 开 关 NMOS)=W/L （ 反 相 器 PMOS）=2微米/0.6微米 7. W/L（反相器NMOS）=2.5微米 /0.6微米
电路设计（6）
6.6 写控制器
写控制电路原理 两个传输门和两个反相器 Wdata为输入，B1和B0是输出。 N0和N2的数值相反。 Wcon为控制端 当Wcon=‘1’ 允许输入。 当Wcon=‘0’ 不允许输入。 2. 写控制波形
六
6.7 读控制
• 读控制电路
电路设计（7）
RD0为数据输入 Rcon控制端 out是数据输出端，带控制端的反相器。 输入的数据被反相输出。 当en1=‘1’、en0=‘0’时，器件允许输出。 当en1=‘0’、en0=‘1’时，器件不允许输出
•
仿真波形
六
• 电压灵敏放大器功能
电路设计（8）
6.8读出灵敏放大器
D1和D0的电压差为VDD的1/10， 在经过灵敏放大器之后，输出高 压（’1’）和低电压（’0’）
•
电压灵敏放大器原理
control为低电平：P7、P8、P9为导通、 N5则关。电路不工作（没有到地的路径） DATA端输出基本上保持在一个稳定的值上 当要输出的数据在D1和D0准备好的时候， control高电平,时P7， P8， P9都处于关闭状态，而N5则处开。 数据经放大后，经DATA端正相输出。
2.3 工作原理
• CS=‘1’时对存储器进行读写。 • A0-A6准备好，SAE=1 EN=1 W=0 这时处 于读出状态，数据经过灵敏放大器放大， 再通过读控制器输出。 • SAE=0 EN=0 W=1 这时处于写入状态， 数据经IN7-IN0写入存储器 • 双向数据输入输出
2.4 芯片功能性能