一文详解存储器访问和总线
计算机总线的分类
计算机总线的分类计算机总线，是指连接计算机各个组件的线路，是计算机内部信息传输的主要通道。
总线的分类主要是按功能和结构进行的。
按照功能分类1. 数据总线（Data Bus）数据总线用于在各个组件之间传输数据。
它可以传输二进制数据流，也可以传输控制信号和状态信息。
数据总线的宽度通常是以字节为单位衡量的，如8-bit、16-bit、32-bit等。
数据总线的宽度决定了CPU一次读写的数据量，这也是计算机性能的一个重要指标。
2. 地址总线（Address Bus）地址总线用于指示内存或IO设备的位置。
它是用于传输内存地址或IO端口地址的方式，因此它所包含的线数取决于计算机可以寻址的内存范围。
例如，如果一个计算机可以寻址4GB的内存，那么地址总线的宽度为32位。
3. 控制总线（Control Bus）控制总线用于传输控制信号和状态信息。
它提供了CPU和外部设备之间的同步和控制功能。
例如，控制总线可以传输时钟信号、读写控制信号和复位信号等。
控制总线的宽度通常比数据总线和地址总线小很多。
按照结构分类1. 单总线结构（Single Bus）单总线结构是将数据、地址和控制信号都传输在同一根总线上。
虽然这种结构简单易用，但由于所有数据都共享同一个总线，因此在多个设备同时访问时会出现争用情况，影响计算机的效率。
2. 双总线结构（Dual Bus）双总线结构引入了两个总线，一个用于数据传输，一个用于地址传输和控制信号传输，这样可以有效避免争用问题。
双总线结构通常用于高性能服务器和工作站等场合。
3. 多总线结构（Multiple Bus）多总线结构将计算机内部的总线按照不同的功能和访问速度进行分类。
它不仅提高了计算机的效率，也更好地支持了现代计算机系统的多任务和多处理。
多总线结构通常用于大型计算机和工作站。
总的来说，计算机总线的分类方法有很多，但不管采用何种分类方法，总线的作用都是控制着信息在计算机内部的流动。
理解总线分类的相关知识，对于了解计算机系统的工作原理和性能优化是非常重要的。
存储器与总线架构_2
AHB/APB桥(APB)：两个AHB/APB 桥在AHB和2个APB总 线间提供同步连接。APB1操作速度限于36MHz，APB2 工作在全速状态(最高72MHz)。
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二、存储器组织
1、存储器的组织方法
程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出端口被组织
· 系统文件名和源/头文件名以“stm32f10x_”的形式表示
，例如stm32f10x_conf.h。 · 在单一文件中使用的常量在该文件中定义，在多个文件 中使用的常量定义在头文件中，所有的常量以大写字母表 示。 · 寄存器当作常量看待。同样以大写字母表示。
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PPP_ClearITPendingBit
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（2）代码标准
· 变量
定义了18个变量类型，在头文件stm32f10x_type.h中
Typedef signed long s32；
Typedef signed short s16； Typedef signed char s8；
结尾。
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· 用来检测指定PPP的标志是否被置位或清0的函数，命名 为PPP_GetFlagStatus。
· 用来清除某个PPP的标志的函数，命名为 PPP_ClearFlag · 用来检验指定PPP的中断是否发生的函数，命名为
PPP_GetITPendingBit · 用来清除某个PPP中断挂起位的函数，命名为
第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日
· 用来使能或禁止指定的PPP外围模块的函数，命名为
PPP_Cmd
计算机组成原理——存储器和总线实验
实验六存储器和总线实验一、实验目的熟悉存储器和总线组成的硬件电路。
二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，利用存储器和总线传输数据三、实验内容实验原理图如下（省略图）：（1）实验原理按照实验所用的半导体静态存储器电路图进行操作，该静态存储器由一片6116（2K x 8）构成，其数据线（D0-D7）已和数据总线（BUS-DISP UNIT）相连接，地址线由地址锁存器（74LS273）给出，该锁存器的输入已连接至数据总线。
地址A0-A7与地址总线相连，显示地址内容。
数据开关经一三态门（74LS245）已连接至数据总线，分时给出地址和数据。
因为地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10本实验装置已接地，其容量为256字节。
6116有三根控制线：/CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。
当片选有效（/CS=0）时，同时OE=0时，（WE=0）时进行读操作。
本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当/CS=0、WE=1时进行写操作，/CS=0、WE=0时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。
实验时T3脉冲由“单步”命令键产生，其他电平控制信号由二进制开关模拟，其中/CE(存储器片选信号)为低电平有效，WE为写/读（W/R）控制信号，当WE=0时进行读操作、当WE=1时为写操作。
（2）实验步骤1、控制信号连接：位于实验装置右侧边缘的RAM片选端（/CE）、写/读线、（WE）、地址锁存信号（LDAR）与位于实验装置左上方的控制信号（/CE、WE、LDAR）之间对应相连接。
位于实验装置左上方CTR-OUT 的控制信号（/SW-B）与左下方INPUT-UNIT(/SW-B)对应相连接。
具体信号连接：/CW,WE,LDAR,/SW-B2、完成上述连接，仔细检查无误后方可进入本实验。
在闪动上的“P.”状态下按动增址命令键，使LED显示自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。
一文详解DMA(直接存储器访问)
1.DMA，全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。
DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。
我们知道CPU有转移数据、计算、控制程序转移等很多功能，系统运作的核心就是CPU.CPU无时不刻的在处理着大量的事务，但有些事情却没有那么重要，比方说数据的复制和存储数据，如果我们把这部分的CPU资源拿出来，让CPU去处理其他的复杂计算事务，是不是能够更好的利用CPU的资源呢？因此：转移数据（尤其是转移大量数据）是可以不需要CPU参与。
比如希望外设A的数据拷贝到外设B，只要给两种外设提供一条数据通路，直接让数据由A拷贝到B 不经过CPU的处理，DMA就是基于以上设想设计的，它的作用就是解决大量数据转移过度消耗CPU资源的问题。
有了DMA使CPU更专注于更加实用的操作–计算、控制等。
2.DMA定义：DMA用来提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输。
无须CPU的干预，通过DMA数据可以快速地移动。
这就节省了CPU的资源来做其他操作。
DMA传输方式DMA的作用就是实现数据的直接传输，而去掉了传统数据传输需要CPU寄存器参与的环节，主要涉及四种情况的数据传输，但本质上是一样的，都是从内存的某一区域传输到内存的另一区域（外设的数据寄存器本质上就是内存的一个存储单元）。
四种情况的数据传输如下：外设到内存内存到外设内存到内存外设到外设3.DMA传输参数我们知道，数据传输，首先需要的是1 数据的源地址 2 数据传输位置的目标地址，3 传递数据多少的数据传输量，4 进行多少次传输的传输模式 DMA所需要的核心参数，便是这四个当用户将参数设置好，主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个，DMA 控制器就会启动数据传输，当剩余传输数据量为0时达到传输终点，结束DMA传输，当然，DMA 还有循环传输模式当到达传输终点时会重新启动DMA传输。
内存：分析内存的种类、组成和管理工作原理
内存：分析内存的种类、组成和管理工作原理引言你是否曾经想过，当你的计算机运行时，它是如何存储和访问信息的？内存是计算机系统中至关重要的一部分，它扮演着存储和访问数据的角色。
在本篇文章中，我们将深入探索内存的不同种类、组成以及管理工作原理。
什么是内存？内存是计算机系统中一种用于存储和访问数据的电子设备。
它可以看作是计算机的短期存储器，它的作用是临时存储运行中的程序和数据。
内存的种类1. 随机访问存储器（RAM）随机访问存储器（Random Access Memory，RAM）是计算机系统中最常见的内存类型之一。
它具有快速的读写速度，并且可以随机访问存储的数据。
RAM中的数据可以通过内存地址直接访问，因此它被广泛用于存储操作系统、程序和临时数据。
静态随机访问存储器（SRAM）静态随机访问存储器（Static Random Access Memory，SRAM）是一种高速随机访问存储器。
它由触发器和逻辑门组成，不需要刷新电路来保持存储的数据。
这使得SRAM具有快速的访问速度，但相对于动态随机访问存储器（DRAM）而言，它的容量较小且价格更高。
动态随机访问存储器（DRAM）动态随机访问存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）是一种常用的内存类型。
DRAM使用电容来存储数据，因此需要定期刷新电路来维持数据的准确性。
它的容量较大，但相对于SRAM而言，读写速度较慢。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是一种永久性存储器，其中存储的数据在断电后仍然保持不变。
ROM中的数据无法被修改，因此被广泛用于存储计算机系统的启动程序（BIOS）和固件。
根据其可编程性，ROM又可分为可编程只读存储器（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）等类型。
3. 快速缓存存储器（Cache）快速缓存存储器（Cache）是一种位于中央处理器（CPU）和主存之间的高速存储器。
计算机存储器类型与层次结构解析
计算机存储器类型与层次结构解析计算机存储器是计算机中的一个关键组成部分，用于存储和读取数据。
根据存储介质和访问速度的不同，计算机存储器可以分为不同的类型和层次结构。
本文将详细解析计算机存储器的类型与层次结构，帮助读者更好地理解计算机存储器的工作原理。
一、计算机存储器的类型1. 内部存储器（主存储器）：内部存储器是计算机中直接与中央处理器（CPU）相连的部分，用于存储程序和数据。
它是计算机中最快的存储器，也是最重要的存储器之一。
内部存储器的容量较小，价格相对较高。
2. 外部存储器（辅助存储器）：外部存储器是计算机中与中央处理器间接连接的存储器，用于大容量和长期存储数据。
外部存储器的容量较大，价格相对较低。
常见的外部存储器包括硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）和光盘。
二、计算机存储器的层次结构1. 高速缓存存储器（Cache Memory）：高速缓存存储器位于内部存储器和中央处理器之间，用于提供更快的访问速度。
它采用了较小但更快的存储器芯片，并通过存储和取回最常用的数据和指令，以减少中央处理器的等待时间。
2. 主存储器（Main Memory）：主存储器是内部存储器的一种，是计算机存储器的核心部分。
它以字节为单位存储数据和程序，并可以直接被中央处理器访问。
主存储器通常采用随机存取存储器（RAM）技术。
3. 辅助存储器（Secondary Storage）：辅助存储器是外部存储器的一种，用于存储大量的数据和程序。
辅助存储器通常采用磁盘或固态存储技术，并具有较大的存储容量。
它的访问速度相对较慢，但可以长期保持数据。
三、计算机存储器的工作原理1. 数据存储：计算机存储器通过将数据以二进制形式存储在内存或磁盘中。
每个数据单元在存储器中都有一个唯一的地址，计算机可以通过地址来访问特定的数据单元。
2. 数据读取：计算机可以根据指令从存储器中读取数据。
读取数据的过程是通过计算机总线进行的，总线将数据传输到中央处理器中进行处理。
直接存储器访问
地址线和数据线
地址线
用于指定要访问的内存地址。在直接存储器访问中，地 址线用于指定要访问的特定内存地址，以便从该地址读 取或写入数据。
数据线
用于传输数据。数据线在直接存储器访问中用于在内存 和设备之间传输数据。根据数据传输的方向，数据线可 以分为输入和输出数据线。
直接存储器访问的步骤
确定目标地址
直接存储器访问的优点和缺点
减轻CPU负担
通过使用DMA，CPU可以从繁重的内存访问任务 中解放出来，从而提高整体性能。
高速数据传输
DMA控制器通常使用专门硬件实现高速数据传输， 比CPU直接访问内存更快。
直接存储器访问的优点和缺点
• 灵活性：DMA控制器可以配置为从任何源地址到任何目标地址进行数据传输，提供了很大的 灵活性。
内存I/O是一种将外设寄存器映射到内存地址空间的技术。通过访
问这些内存地址，CPU可以直接与外设进行数据交换，无需进行常规的
I/O操作。
02
工作原理
当CPU需要与外设通信时，它只需访问相应的内存地址，即可读写外设
的寄存器。这使得数据传输更加高效，减少了CPU与外设之间的数据传
编程接口
程序员可以使用PCIe总线的驱动程序来与外设进行通信。这 些驱动程序通常由硬件厂商提供，并提供了丰富的API供程 序员使用。通过这些API，程序员可以控制外设的寄存器、 配置外设的工作模式等。
05
直接存储器访问的发展趋势
高速直接存储器访问
01 高速直接存储器访问技术通过提高数据传输速率， 满足高性能计算和大数据处理对存储性能的需求。
直接存储器访问的优点和缺点
01 硬件开销
需要额外的硬件支持，如DMA控制器，增加了系 统的复杂性。
存储器读写和总线控制实验报告
存储器读写和总线控制实验报告目录一、实验目的 (2)1.1 熟悉存储器的基本概念和工作原理 (2)1.2 掌握存储器的基本读写操作 (4)1.3 理解总线控制系统的作用和原理 (5)二、实验设备 (6)2.1 存储器模块 (7)2.2 总线控制单元 (8)2.3 示波器 (10)2.4 逻辑分析仪 (11)2.5 计算机调试软件 (12)三、实验原理 (13)3.1 存储器的结构及读写机制 (14)3.2 总线控制的基本概念及组成 (15)3.3 实验中的关键信号和时序 (16)四、实验步骤 (18)4.1 连接实验设备 (19)4.2 加载存储器读操作程序 (21)4.3 观察并记录存储器读操作的时序和信号波形 (22)4.4 加载存储器写操作程序 (23)4.5 观察并记录存储器写操作的时序和信号波形 (24)4.6 调试和优化总线控制单元 (26)4.7 执行完整流程并检查读写数据的一致性 (27)五、实验结果与分析 (27)5.1 存储器读操作的实验结果及数据分析 (29)5.2 存储器写操作的实验结果及数据分析 (30)5.3 总线控制单元的调试效果及实验结果 (31)5.4 实验中遇到的问题与解决方案 (32)六、实验结论与建议 (34)6.1 实验总结 (35)6.2 改进建议 (36)6.3 未来研究 (37)一、实验目的本次实验的主要目的是通过实践操作，深入理解和掌握存储器的基本工作原理、读写操作以及总线控制的基本概念和实现方法。
本实验旨在：理解存储器的分类及其特点，包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）等。
掌握存储器的寻址方式、存储单元的访问规则以及数据读取写入的基本流程。
学习并实践总线的通信协议，包括信号线的分组、时序控制以及冲突检测与解决。
通过实际操作，培养动手能力和解决问题的能力，加深对计算机系统底层工作的认识。
1.1 熟悉存储器的基本概念和工作原理在实施存储器读写和总线控制实验之前，首先需要对存储器的基本概念和工作原理有一个清晰的认识。
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一文详解存储器访问和总线
这一篇主要来介绍存储区，总线，以及IO设备等其他几大组件，来了解整个计算机是如何工作的。
这些东西都是看得见摸得着的硬件，平时我们买电脑时最关注的就是CPU的速度，内存的大小，主板芯片等等的参数。
1. 存储器
前面我们以一个简单通用的计算机模型来介绍了CPU的工作方式，CPU执行指令，而存储器为CPU提供指令和数据。
在这个简单的模型中，存储器是一个线性的字节数组。
CPU 可以在一个常数的时间内访问每个存储器的位置，虽然这个模型是有效的，但是并不能完全反应现代计算机实际的工作方式。
1.1 存储器系统层次结构
在前面介绍中，我们一直把存储器等同于了内存，但是实际上在现代计算机中，存储器系统是一个具有不同容量，不同访问速度的存储设备的层次结构。
整个存储器系统中包括了寄存器、Cache、内部存储器、外部存储。
下图展示了一个计算机存储系统的层次图。
层次越高速度越快，但是价格越高，而层次越低，速度越慢，价格越低。
相对于CPU来说，存储器的速度是相对比较慢的。
无论CPU如何发展，速度多块，对于计算机来说CPU总是一个稀缺的资源，所以我们应该最大程度的去利用CPU。
其面我们提到过CPU周期，一个CPU周期是取1条指令的最短的时间。
由此可见，CPU周期在很大程度上决定了计算机的整体性能。
你想想如果当CPU去取一条指令需要2s，而执行一个指令只需要2ms，对于计算机来说性能是多么大的损失。
所以存储器的速度对于计算机的速度影响是很大的。
对于我们来说，总是希望存储器的速度能和CPU一样或尽量的块，这样一个CPU周期需要的时钟周期就越少。
但是现实是，这样的计算机可能相当的昂贵。
所以在计算机的存储系统中，采用了一种分层的结构。
速度越快的存储器容量越小，这样就能做到在性能和价格之间的一个很好的平衡。