存储器基本原理和接口
第五章 存储器接口设计与应用
综上所述，一个较大的存储系统是由各种不同类 型的存储设备构成，是一个具有多级层次结构的 存储系统。该系统既有与CPU相近的速度，又有 极大的容量，而成本又是较低的。其中高速缓存 解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决 了存储系统的容量问题。采用多级层次结构的存 储器系统可以有效的解决存储器的速度、容量和 价格之间的矛盾。
5.2.2 SDRAM工作原理
SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据 及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址 0x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程 序代码调入SDRAM中运行以提高系统的运行速度 ，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在 SDRAM中。 SDRAM存储一个位的消息只需要一只晶体管，但 是需要周期性地充电，才能使保存的信息不消失 。 SDRAM共用它的行、列地址线，行地址和列地址 的选通分别有行地址选通引脚CAS和列地址选通 引脚RAS来进行分时控制。
3
5.1 存储器概述
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程 序和数据。CPU执行指令，而存储器为CPU存放 指令和数据，从物理层面上来说，存储器系统是 一个线性的字节数组，而CPU可以访问每个存储 器位置。计算机中全部信息，包括插入的原始数 据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果 都保存在存储器中，它根据控制器指定的位置存 入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功 能，才能保证正常工作。
S5PV210的引导区分为两部分，分别是0x00000x1FFF_FFFF和0XD002_0000-0xD003_7FFF的空 间。系统上电后，从引导区开始执行Boot Loader 程序。 S5PV210的SROM分为6个Bank，每个Bank有 128MB。可以支持8/16位的NOR Flash、PROM和 SRAM存储器，并且支持8/16位的数据总线。 比较特殊的是Bank0，它只支持16位带宽，不能改 变。
ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的区别
ROM、RAM、DRAM、SRAM和FLASH的区别ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。
RAM有两大类，一种称为静态RAM（Static RAM/SRAM），SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。
另一种称为动态RAM（Dynamic RAM /DRAM），DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。
DRAM分为很多种，常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等，这里介绍其中的一种DDR RAM。
DDR RAM（Date-Rate RAM）也称作DDR SDRAM，这种改进型的RAM和S DRAM是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。
这是目前电脑中用得最多的内存。
在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。
内存工作原理：内存是用来存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，我们平常所提到的计算机的内存指的是动态内存（即DRAM），动态内存中所谓的"动态"，指的是当我们将数据写入DRAM后，经过一段时间，数据会丢失，因此需要一个额外设电路进行内存刷新操作。
具体的工作过程是这样的：一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。
但时间一长，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这就是数据丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1／2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1／2，则认为其代表0，并把电容放电，藉此来保持数据的连续性。
存储器系统基本知识
（2）扇区
每个磁道划分成若干相等的区域，每个区域称为—个扇区，扇区是软 盘的基本存储单位。 每个磁道上的扇区数可为9、15、18等。扇区的编号 从1号开始，每个扇区为512B。计算机对软盘进行读写时，无论数据多少， 总是读写一个或几个完整的扇区。
（3）写保护口
3.5寸软盘的写保护口在磁盘背面，窗口中有一滑块，若移动滑块使窗 口透光，则该盘处于写保护状态，只能读出不能写入。处于写保护状态的 软盘，只能读出数据，不能写入、删除，也小会受病毒侵入。
那么高速缓存中相应的内容也应随之改变。反过来，如果CPU修改了高速缓存
中的内容，也应修改内存中的相应内容。 Intel 80486及更尚档微处理器的—个显著特点是在CPU芯片内集成了
SRAM作为高速缓存。因为这些高速缓存装在芯片内，所以称为内部高速缓存 或—级高速缓存，目前，微机的一级高速缓存多为32KB或64KB。由于80486 及更高档CPU的时钟频率都很高，一旦出现一级高速缓存未命中，性能将明显 降低。在这种情况下，通常是在CPU芯片外再加高速缓存称为二级高速缓存， 即外部高速缓存，它实际上是内存和CPU之间的真正缓存。外部高速缓存的容 量都比内部高速缓存大，目前微机的二级高速缓存多为256KB或512KB的同步 高速缓存，即高速缓存和CPU采用相同的时钟周期以相同的速度同步工作。其 性能要比异步高速缓存要高30％以上。
盘由多片盘片组成，盘片同心地固定在同一根轴上，片与片之间留有供磁 头进退的间隙。硬磁盘与硬磁盘驱动器作为一个整体密封在—个金属腔体 中，称为硬盘机，简称硬盘。
硬盘按盘径大小可分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in等几种，硬盘尺寸小 型化是硬盘的发展方向。
3.光盘存储器
光监存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘存储器由光盘 片和光盘驱动器构成。目前用于计算机系统的光盘可分为：只读型光盘 （CD-ROM）、一次写入型光盘（WORM）和磁光盘（MO）以及DVD。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（上）一、单片机基本原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和定时/计数器等模块所组成的一个微型计算机系统。
单片机通过程序控制，能够完成各种控制任务和数据处理任务。
目前，单片机已广泛应用于计算机、通讯、电子、仪表、机械、医疗、军工等领域。
单片机的基本原理是程序控制。
单片机执行的程序，是由程序员以汇编语言或高级语言编制而成，存放在存储器中。
当单片机加电后，CPU按指令序列依次从存储器中取得指令，执行指令，并把执行结果存放到存储器中。
程序员通过编写的程序，可以对单片机进行各种各样的控制和数据处理。
单片机的CPU是整个系统的核心，它负责执行指令、处理数据和控制系统的各种操作。
CPU通常包括运算器、控制器、指令译码器和时序发生器等模块。
其中，运算器主要用于执行算术和逻辑运算；控制器用于执行指令操作和控制系统的运行；指令译码器用于识别指令操作码，并将操作码转化为相应的操作信号；时序发生器用于产生各种时序信号，确保系统按指定的时间序列运行。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器一般包括ROM、EPROM、FLASH和RAM等类型。
其中，ROM是只读存储器，用于存储程序代码；EPROM是可擦写可编程存储器，用于存储不经常改变的程序代码；FLASH是可擦写可编程存储器，用于存储经常改变的程序代码；RAM是随机存储器，用于存储数据。
输入/输出接口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
单片机的I/O口可分为并行I/O和串行I/O两类。
并行I/O通常包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于与外部设备进行高速数据传输。
串行I/O通常通过串口、I2C总线、SPI总线等方式实现，用于与外部设备进行低速数据传输。
定时/计数器是单片机中的重要组成部分，它可以产生各种时间、周期和脉冲信号，用于实现各种定时和计数操作。
微机原理第5章存储器
A11
A6
Y地址译码器
A11 X
26
地址
译码
A6 器
数据输入
DIN
输入
缓冲器
R/W读写输入
CS片选择
存储单元矩阵 n个 NXM
（4096XI）
写入 读出
输入 缓冲器
典型存储器的组成框图
数据输出
DOUT
第二节：存储系统基本概念和性能指标
衡量存储器的技术指标
存 储 器 容 量
存 取 速 度
功
存 储 带 宽
第三节：存储系统的分类和原理
3.2.1 静态 RAM (SRAM)
典型的静态RAM芯片：6116（2KB×8位）、6264（8KB×8 位）、62256（32KB×8位）、628128（128KB×8位）等。
第三节：存储系统的分类和原理
3.2.2 动态 RAM (DRAM)
第三节：存储系统的分类和原理
到了晶体管计算机时期(1959～1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁 鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而 且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的 发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了 不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体 只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应 用，计算机系统中开始出现固件子系统。
1） RAM也称读写存储器，对该存储器内部的任何一个存储单元，既可 以读出（取），也可以写入（存）；
2）存取用的时间与存储单元所在的物理地址无关； 3）主要用作主存，也可作为高速缓存使用； 通常说的内存容量均指
第5章存储器原理与接口修改
地址选择电路
片选信号用以实现芯片 的选择。读/写控制电路 则用来控制对芯片的读/ 写操作。
控制信息的读出与写 入（包含对I/O信号 的驱动及放大处理功 能 ）。
I/O电路
微机原理与接口技术——第5章 存储器原理与接口
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5.3 主存储器及存储控制
主存储器及控制
典型的RAM内部结构示意图
微机原理与接口技术——第5章 存储器原理与接口
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静态随机存取存储器SRAM
典型存储器——静态RAM存储器芯片Intel 2114
主存储器及控制
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
CS GND
引脚图
1 18 2 17 3 16 4 15 5 14 6 13 7 12 8 11 9 10
（1）外部结构
SAM
FIFO（先进先出存储器）——主要用做各种队列电路和多级缓冲器 CCD（电荷耦合器件）——串行存储器，存取时间与位置有关
微机原理与接口技术——第5章 存储器原理与接口
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5.2 多层存储结构概念
多层存储结构
Cache－主存层次：解决 CPU与主存的速度上的差距
主存－辅存层次：解决存储的大 容量要求和低成本之间的矛盾
微机原理与接口技术——第5章 存储器原理与接口
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5.1 存储器的分类
存储器分类
按构成存储器的器件和存储介质分类
磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和 其它磁表面存储器以及光盘存储器等。
按存储器存取方式分类
随机存取存储器RAM（Random Access Memory） 只读存储器ROM （Read-Only Memory） 串行访问存储器 SAS（Serial Access Storage）
存储器的基本原理及分类
存储器的基本原理及分类存储器是计算机中非常重要的组成部分之一，其功能是用于存储和读取数据。
本文将介绍存储器的基本原理以及常见的分类。
一、基本原理存储器的基本原理是利用电子元件的导电特性实现数据的存储和读取。
具体来说，存储器通过在电子元件中存储和读取电荷来实现数据的储存和检索。
常见的存储器技术包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
1. 静态随机存取存储器（SRAM）静态随机存取存储器是一种使用触发器（flip-flop）来存储数据的存储器。
它的特点是不需要刷新操作，读写速度快，但容量较小且功耗较高。
SRAM常用于高速缓存等需要快速读写操作的应用场景。
2. 动态随机存取存储器（DRAM）动态随机存取存储器是一种使用电容来存储数据的存储器。
它的特点是容量大，但需要定期刷新以保持数据的有效性。
DRAM相对SRAM而言读写速度较慢，功耗较低，常用于主存储器等容量要求较高的应用场景。
二、分类根据存储器的功能和使用方式，可以将存储器分为主存储器和辅助存储器两大类。
1. 主存储器主存储器是计算机中与CPU直接交互的存储器，用于存储正在执行和待执行的程序以及相关数据。
主存储器通常使用DRAM实现，是计算机的核心部件之一。
根据存储器的访问方式，主存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。
- 随机存取存储器（RAM）随机存取存储器是一种能够任意读写数据的存储器，其中包括SRAM和DRAM。
RAM具有高速读写的特点，在计算机系统中起到临时存储数据的作用。
- 只读存储器（ROM）只读存储器是一种只能读取数据而不能写入数据的存储器。
ROM 内部存储了永久性的程序和数据，不随断电而丢失，常用于存储计算机系统的固件、基本输入输出系统（BIOS）等。
2. 辅助存储器辅助存储器是计算机中用于长期存储数据和程序的设备，如硬盘、固态硬盘等。
与主存储器相比，辅助存储器容量大、价格相对低廉，但读写速度较慢。
微机接口ppt课件第6章微型计算机中的存储器
程写入。 2021/8/17
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电可擦除可编程只读存储器EEPROM （Electrically EPROM）：与EPROM类似， 只是使用电信号进行擦除，比EPROM更为 方便。
闪速存储器（Flash Memory）：新型的 半导体存储器，具有非易失性、电擦除 性和高可靠性。
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计算地址范围的方法是： 译码器的输入信号（A19~A13）为0011111
（高7位地址）， 低13位地址（A12~A0）可以是全0到全1之间。
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图6-4 6264的全地址译码连接
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只将系统总线的部分高位地址线作为译码器 的输入，从而得到存储器芯片地址范围的译 码连接方式称为部分地址译码连接。
每个存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线 选择相应的存储单元。
7条行地址线经过译码器产生128条行选择线， 可选择128行；
7条列地址线经过译码器产生128条列选择线， 可选择128列。
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2．动态RAM 2164的工作过程
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1．2164的引脚及内部结构
2164是一个64K×1位的动态RAM芯片 其引脚包含8条地址线A0~A7 数据输入端DIN，数据输出端DOUT 行地址选通RAS，列地址选通CAS 写允许端WE（高电平时为数据读出，低
电平时为数据写入），如图6-6所示。
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由于16K=214，故每个芯片有14位地址线，8 条数据线。
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S4
S3
当前正在使用的段寄存器
0
0
ES
0
1
SS
1
0
CS或未使用任何段寄存器
1
1
DS
3、三态缓冲的8位数据锁存器74LS373 (8282)
A、CP正脉冲，DQ B、CP为零，保持 C、/OE=0，O0输出；否则高阻
4、ALE(Address Latch Enable) 地址锁存使能信号，输出，高电平有效。用
第五章 存储器原理与接口
存储器分类 存储器结构
8086CPU最小模式下总线产生
存储器接口
5.1 存储器分类 一、有关存储器几种分类
存储介质分类
半导体存储器 磁盘和磁带等磁表面存储器 光电存储器
半导体存储器按存取方式分类
随机存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM（Read-Only Memory） 串行访问存储器(Serial Access Storage)
B、T控制方向 T＝0，BA T＝1，AB
A、/OE控制通道 /OE＝0，或门导通； /OE＝1，或门封锁；
B、T控制方向 T＝0，BA T＝1，AB
2、/DEN (Data Enable) 数据使能信号，输出，三态，低电平有效。表示
CPU对数据线操作。用于数据总线驱动器的控制信号。
3、DT/R (Data Transmit/Receive)： 数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在
二、8086的两种工作方式
最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控 制信号都是由8086CPU产生。
最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如 包含协处理器8087。在系统规模比较大 的情况下，系统控制信号不是由8086直 接产生，而是通过与8086配套的总线控 制器等形成。
三、最小模式下8086CPU总线产生
来作为地址锁存器的锁存控制信号。
触发类型：上升沿，下降沿，高电平，低电平
ALE 4
A19-16/S6-3
8086
AD15-0
16
/STB O3-0
D3-0
74LS373*3
/STB
8
O7-0
AD15-8 D7-0
A19-16 A15-8
/STB
8 AD7-0
O3-0 D7-0
A7-0
1、AD0－AD15，A16/S1－A19/S4出现地址信息；
按在计算机中的作用分类
主存储器(内存) 辅助存储器(外存) 高速缓冲存储器
二、半导体存储器的分类
1、随机存取存储器RAM 2、只读存储器ROM
二、半导体存储器的分类
1、随机存取存储器RAM a. 静态RAM （ECL，TTL，MOS） b. 动态RAM
2、只读存储器ROM a. 掩膜式ROM
分 类 能 写入,断电不失 (Erasable PROM)
随机存储器
电可擦除
(Ultra-Violet)
EEPROM (Electrically)
Flash Memory
RAM
(Random
静态存储器SRAM
快闪存储器
Access Memory)
(Static RAM) 动态存储器DRAM 还可以按制造工艺 (Dynamic RAM) 分为双极型和MOS
D15-8
8 AD7-0
/OE
T
8
B7-0
A7-0
D7-0
1、如果CPU输出数据，DT/R＝1，三态门方向为AB, 如果CPU输入数据，DT/R＝0，三态门方向为BA；
2、/DEN有效，74LS245工作； 3、CPU输入/输出数据完成， /DEN无效，74LS245停止工
作，通道断开。
8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱 动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方 向。当DT/R#＝1时，进行数据发送；DT/R#＝0时， 进行数据接收。
/DEN DT/R 0 AD15-0 16 8086
8 AD15-8
74LS245*2
/OE
T B7-0 8
A7-0
1、容量存储容量
存储器可以容纳的二进制信息量称为 存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决 定）
实际存储容量：在计算机系统中具体 配置了多少内存。
2、存取速度 存取时间是指从启动一次存储器操作
到完成该操作所经历的时间，又称为读 写周期。
SDRAM: 12ns 10ns 8ns
RDRAM: 1ns 0.625ns
一般照射20～30分钟后，读出各单元的内 容均为FFH，说明EPROM中内容已被擦除。
可用电擦除、可编程的E2PROM
浮栅隧道氧化层MOS管Flotox(Floating gate Tunnel Oxide)：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（20纳 米以下），称为隧道区。当隧道区电场大于107V/cm时 隧道区双向导通。
地址/状态复用信号，输出。在总周期的T1状 态A19/S6～A16/S3上是地址的高4位。在T2～T4 状态，A19/S6～A16/S3上输出状态信息。
机器周期：时钟周期
总线周期：对内存或对I/O接口的一次操作的时 间
指令周期：指令执行的时间
MOV [2000H], AX
地址周期
数据周期
BHE
存储体：是存储芯片的主体，由基本存储元按 照一定的排列规律构成。
矩阵译码电路
地 址 译码器 线
列线
行线
译码器
地址线
5.3、8086CPU总线产生
一、8086CPU的管脚及功能
8086是16位CPU。它采用高性能的N— 沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制 造。由于受当时制造工艺的限制，部分管 脚采用了分时复用的方式，构成了40条管 脚的双列直插式封装
Cache(高速缓存)
内存（主存）
磁盘 磁道、光盘
辅存
（主存）
Cache—主存层次 ： 解决CPU与主存的速度上的差距 ；
主存—辅存层次 ： 解决存储的大容量要求和低成本之间的 矛盾 。
5.2、 主存储器结构
一、 主存储器的主要技术指标 存储容量 存取速度 可靠性 功耗
b. 可编程的PROM
可编程的PROM
c. 可用紫外线擦除、可编程的EPROM
d. 可用电擦除、可编程的E2PROM等
可用紫外线擦除、可编程的EPROM
行线
绝缘层
浮栅管
浮动栅雪崩注入式 MOS管
Vcc 位 线 输
出
D
S
位线
编程
使栅极带电
擦除
EPROM芯片上方有一个石英玻璃窗口
当一定光强的紫外线透过窗口照射时，所 有存储电路中浮栅上的电荷会形成光电流泄 放掉，使浮栅恢复初态。
3、可靠性 可靠性是用平均故障间隔时间来衡量
（MTBF, Mean Time Between Failures） 4、功耗
功耗通常是指每个存储元消耗功率的大 小
二、主存储器的基本组成
MOS型器件构成的RAM，分为静态和 动态RAM两种，静态RAM通常有6管构 成的触发器作为基本存储电路静态存储 单元，动态RAM通常用单管组成基本存 储电路。
当隧道区的等效电容
极小时，加在控制栅和
漏极间的电压大部分降
在隧道区，有利于擦隧除道和写入均利
区导通。
用隧道效应
10ms
掩模ROM
紫外线擦除
只读存储器 ROM
可编程ROM（PROM）
(Programmable
UVEPROM
(Read- Only ROM)
Memory) 按 功 只能读出不能
可擦除可编程ROM （EPROM）
主要指标：存储容量、存取速度。 型两种。
存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某 动态存储器的容量为109位/片。
三、 多层存储结构概念
1、核心是解决容量、速度、价 格间的矛盾，建立起多层存储结 构。
一个金字塔结构的多层存储 体系 充分体现出容量和速度关系
2、 多层存储结构
寄存器
2、ALE 发正脉冲，地址信息进74LS373；
3、AD0－AD15转换为数据线, A16/S1 －A19/S4输出状 态
1
3
1
3
2
（二）、数据线驱动
相关信号线及芯片 1、双向数据总线收发器（8286，74LS245）
两个功能： a、双向选择 b、通道控制
A、/OE控制通道 /OE＝0，或门导通； /OE＝1，或门封锁；
（一）、地址线、数据线产生
相关信号线及芯片 1、AD15～AD0 (Address Data Bus)
地址/数据复用信号，双向，三态。在T1状态 （地址周期）AD15～AD0上为地址信号的低 16位A15～A0；在T2 ～ T4状态（数据周期） AD15～AD0 上是数据信号D15～D0。
2、A19/S6～A16/S3 (Address/Status)：
1 、静态存储单元
（2）动态存储单元
（3）、结构
地址译码 输入输出控制 存储体
单译码结构
地
译
址
码
线
器
存储体
输 入 输 出 数据线 控 制
控制线
地址译码器：接收来自的n位地址，经译码 后产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单 元的选址。
控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读 /写控制信号，形成芯片内部控制信号，控制 数据的读出和写入(双向)。
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