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存储学院|一些需要普及的存储原理基础知识

发布日期:2016-10-18

      存储器已广泛存在于极速时时彩开奖直播的生活中且为极速时时彩开奖直播的生活提供诸多便利,接下来极速时时彩开奖直播就一起来了解一下其工作原理到底是什么样子的吧~

一、存储器原理- -简介

  存储器,英文名称为Memory,顾名思义,是一种用于存储信息的仪器,常用于计算机中的数据储存,计算机工作所需的所有数据都被存储在存储器中,包含原始数据、计算过程中所产生数据、计算所需程序、计算最终结果数据等等。存储器的存在才使得计算机有了超强的记忆能力。


二、存储器原理- -分类

  存储器根据不同的分类条件具有多种分类方式,其根据用途的不同可以分为内存(主存储器)和外存(辅助存储器);其根据存储介质的不同可分为磁表面存储器和半导体存储器;其根据存储方式的不同可分为顺序存储器和随机存储器;其根据读写功能的不同可分为RAM(随机读写存储器)和ROM(只读存储器);其根据数据保存时间长短可分为永久记忆性存储器和非永久记忆性存储器。



三、存储器原理- -结构

  存储器的基本单位为存储元,可完成对二进制代码的存储;若干存储元构成存储单元,存储单元中有一个存储元用于存储地址,其它存储元用于存放字节数据;若干存储单元构成存储器,完成对任意数据的存储。



四、存储器原理

  接下来极速时时彩开奖直播以DRAM(动态存储器)为例来讲解存储器的工作原理。

极速时时彩开奖直播   对动态存储器进行写入操作时,行地址首先将RAS锁存于芯片中,然后列地址将CAS锁存于芯片中,WE有效,写入数据,则写入的数据被存储于指定的单元中。

  对动态存储器进行读出操作时,CPU首先输出RAS锁存信号,获得数据存储单元的行地址,然后输出CAS锁存信号,获得数据存储单元的列地址,保持WE=1,便可将已知行列地址的存储单元中数据读取出来。


诠释:单片机数据存储器经验


      极速时时彩开奖直播可以说程序存储器的里面存放的是单片机的灵魂,它就是工作程序。小的可能只有1KB(最多只能装1024条8位数据,因为实际指令还有许多2字节、3字节指令,所以它还装不下1024条指令)大的也有128KB的。这些8位数据要么在工厂里做摸子光刻进去,要么一次性的烧写进去,要么……用编程器这个特殊工具把调试成功的机器码装载进去,或者像AVR单片机那样自己花几块钱做一条下载线,把电脑里这些东西灌进去(或许是AVR最吸引人之处),它一旦进驻电脑的程序存储器中,除了借助上述装置便不能自由改写,在单片机运行时,只是从其中读出指令或固定的数据,所以给程序存储器一个“只读存储器”的别名,简写为ROM,包括用编程器写紫外线擦除内容的EPROM.用电擦除的EEPROM和现在新兴的FLASH ROM;一次性写入的ROM仅用于电路和程序固定的批量产品中,实际工作起来,都是一样的。

极速时时彩开奖直播       在实际的使用中,单片机运行时为了定位ROM中的数据,其实每个8位存储单元都有一个固定的“地址”,通常用16进数表示:例如对于一个所谓4K的ROM,地址从0000H到0FFFH,(即是从0000,0001…4095),单片机运行时从哪个地址取数据,完全由程序本身决定,并不要极速时时彩开奖直播干预。记住,给单片机一通电,它经过一个短暂的复位过程,立即转向ROM的最低地址0000H,在这里面放置的往往是一条“跳转”指令,它从这里一步跳到另一个地址:程序的真正起始地址,例如51机的0080H.难道ROM中就只有指令不能来点别的?ROM是程序存储器,除了指令外还包括运行程序必须的某些固定数据。假如,极速时时彩开奖直播要求在单片机的某口上输出00H到FFH(255)按正弦半波变化的数值,每秒10000次,那如果硬要它按照公式一个个计算,对于它来说未免力不从心,可是极速时时彩开奖直播可以把预先计算好的数值存入ROM中,到时候直接取出。

  提到数据存储器,它其实是个可以随时存取数据的一块存储器,也就是可以读(取)也可以写(存)的存储器,简称RAM.现在的单片机里面使用的RAM属于静态RAM或SRAM,这个和电脑用的内存条有所不同,只要你把数据写入SRAM后,只要不断电,或者不清除掉,这个数据就一直保存在那里,电脑是用的动态RAM,要不断给它加刷新脉冲才能保存数据。因为单片机处理的信息量比电脑小很多,所以它带的RAM也比较少:从完全不带、带128、256、……1K、2K到4K,比ROM少多了。因为实际上RAM只是作为数据临时存放的地方,除非进行图像处理需要存放大量的数据外,一般对于执行较简单任务的单片机,有这么多也够用,如果实在不够用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等来扩展。为了对RAM单元存取8位二进数,当然也的和ROM一样用“地址”来标示它的具体位置假如某单片机有1K(1024)RAM,它的地址也是从0000到1024,或16进数的0000H到03FFH可见和ROM的地址是一样的,不会混淆不清?不会,因为读ROM是由单片机的程序指针或转移指令或查表指令进行,而这些指令是不会进入RAM区的,读写RAM是另外的数据传送指令,也不会进入ROM区,这点也是和电脑不同之处,后者程序和数据都在内存条里面,地址不同,如果窜位了就会造成不可预见后果。单片机的这种存储器结构也称为哈佛结构。

极速时时彩开奖直播   在这里本文中要说到的RAM,其在单片机里的用途主要是存放临时数据,例如用单片机测温,每秒测1次,显示1分钟的平均值(1分钟更新一次);极速时时彩开奖直播先通过传感器,放大电路,A/D转换,把温度这个模拟量转变为成比例的二进数,然后每秒钟1次把数字量通过输入口顺序存入到单片机的RAM中,然后对他们进行两两求和再平均的计算(题外话:要单片机进行“除法”运算比较麻烦,例外的是除以2,4,8……却非常简单。运用“右移”指令1、2、3次便可)最后的数值显示出来,然后把这60个存储单元统统写0清除旧数据,下次又如此这般地循环进行。另外在单片机里面还有若干寄存器,数量不多但是作用很大,除了暂存数据,还可以交换、加工、传递等等,以及随时纪录单片机当前处于什么状态,输入输出口,也是作为特殊功能的寄存器存在,具体各有不同,就不是随便说说可以搞清楚的,要看有关书籍了。

主存储器部件的组成与设计

1、主存储器概述
(1)主存储器的两个重要技术指标
◎读写速度:常常用存储周期来度量,存储周期是连续启动两次独立的存储器操作(如读操作)所必需的时间间隔。
◎存储容量:通常用构成存储器的字节数或字数来计量。
(2)主存储器与CPU及外围设备的连接
是通过地址总线、数据总线、控制总线进行连接,见下图

主存储器与CPU的连接

◎地址总线用于选择主存储器的一个存储单元,若地址总线的位数k,则最大可寻址空间为2k。如k=20,可访问1MB的存储单元。
◎数据总线用于在计算机各功能部件之间传送数据。
◎控制总线用于指明总线的工作周期和本次输入/输出完成的时刻。
(3)主存储器分类
◎按信息保存的长短分:ROM与RAM
◎按生产工艺分:静态存储器与动态存储器
静态存储器(SRAM):读写速度快,生产成本高,多用于容量较小的高速缓冲存储器。
动态存储器(DRAM):读写速度较慢,集成度高,生产成本低,多用于容量较大的主存储器。
静态存储器与动态存储器主要性能比较如下表:
静态和动态存储器芯片特性比较


SRAM
DRAM
存储信息
触发器
电容
破坏性读出


需要刷新
不要
需要
送行列地址
同时送
分两次送
运行速度


集成度


发热量


存储成本


      存储器的定期刷新:在不进行读写操作时,DRAM 存储器的各单元处于断电状态,由于漏电的存在,保存在电容CS 上的电荷会慢慢地漏掉,为此必须定时予以补充,称为刷新操作。
2、动态存储器的记忆原理和读写过程
(1)动态存储器的组成:由单个MOS管来存储一位二进制信息。信息存储在MOS管的源极的寄生电容CS中。

◎写数据时:字线为高电平,T导通。
写“1”时,位线(数据线)为低电平, VDD(电源)将向电容充电
写“0时,位线(数据线)为高电平, 若电容存储了电荷,则将会使电容完成放电,就表示存储了“0”。
◎读数据时:先使位线(数据线)变为高电平,当字线高电平到来时T导通,若电容原存储有电荷( 是“1” ),则电容就要放电,就会使数据线电位由高变低;若电容没有存储电荷( 是“0” ),则数据线电位不会变化。检测数据线上电位的变化就可以区分读出的数据是1还是0。
注意
①读操作使电容原存储的电荷丢失,因此是破坏性读出。为保持原记忆内容,必须在读操作后立刻跟随一次写入操作,称为预充电延迟。
②向动态存储器的存储单元提供地址,是先送行地址再送列地址。原因就是对动态存储器必须定时刷新(如2ms),刷新不是按字处理,而是每次刷新一行,即为连接在同一行上所有存储单元的电容补充一次能量。
③在动态存储器的位线上读出信号很小,必须接读出放大器,通常用触发器线路实现。
④存储器芯片内部的行地址和列地址锁存器分先后接受行、列地址。
⑤RAS、CAS、WE、Din、Dout时序关系如下图:

3、教学计算机的内存储器组成与设计
(1)静态存储器的存储原理和芯片内部结构(P207)

(2)教学计算机内存储器的组成与设计
◎地址总线:记为AB15~AB0,统一由地址寄存器AR驱动,地址寄存器AR只接收ALU输出的信息。
◎控制总线:控制总线的信号由译码器74LS139给出,功能是指出总线周期的类型:
※内存写周期 用MMW信号标记
※内存读周期 用MMR信号标记
※外设(接口)写周期 用IOW信号标记
※外设(接口)读周期 用IOR信号标记
※内存在工作 用MMREQ信号标记
※外设在工作 用IOREQ信号标记
※写控存周期 用SWA信号标记
◎数据总线:分为内部数据总线IB与外部数据总线DB两部分。主要完成计算机各功能部件之间的数据传送。
设计总线的核心技术是要保证在任何时刻只能把一组数据发送到总线上,却允许一个和多个部件同时接受总线上的信息。所用的电路通常为三态门电路。

◎系统时钟及时序:教学机晶振1.8432MHz,3分频后用614.4KHz的时钟作为系统主时钟,使CPU、内存、IO同步运行。


CPU内部的有些寄存器用时钟结束时的上升沿完成接受数据,而通用寄存器是用低电平接收的。内存或I/O读写操作时,每个总线周期由两个时钟组成,第一个时钟,称为地址时间,用于传送地址;第二个时钟,称为数据时间,用于读写数据
◎静态存储器的字位扩展:
教学计算机的内存储器用静态存储器芯片实现,由2K字的ROM区和2K字RAM区组成。内存字长16位,按字寻址。
ROM由74LS2716只读存储器ROM(每片2048个存储单元,每单元为8位二进制位)两片完成字长的扩展。地址分配在:0~2047
RAM由74LS6116随机存储器RAM(每片2048个存储单元,每单元为8位二进制位)两片完成字长的扩展。地址分配在:2048~4095

静态存储器字、位扩展

主存储器的读写过程

静态存储器地址分配:
为访问 2048 个存储单元,要用 11 位地址,把地址总线的低 11 位地址送到每个存储器芯片的地址引脚;对地址总线的高位进行译码,译码信号送到各存储器芯片的/CS 引脚,
◎在按字寻址的存储器系统中实现按字节读写

4、主存储器实现与应用中的几项技术

(1)动态存储器的快速读写技术
◎快速页式工作技术(动态存储器的快速读写技术)
读写动态存储器同一行的数据时,其行地址第一次读写时锁定后保持不变,以后读写该行多列中的数据时,仅锁存列地址即可,省去了锁存行地址的时间,加快了主存储器的读写速度。
◎EDO(Extended Data Out)技术
在快速页式工作技术上,增加了数据输出部分的数据锁存线路,延长输出数据的有效保持时间,从而地址信号改变了,仍然能取得正确的读出数据,可以进一步缩短地址送入时间,更加快了主存储器的读写速度。

(2)主存储器的并行读写技术
是指在主存储器的一个工作周期(或较长)可以读出多个主存字所采用的技术。
方案1:一体多字结构,即增加每个主存单元所包括的数据位,使其同时存储几个主存字,则每一次读操作就同时读出了几个主存字。

方案2:多体交叉编址技术,把主存储器分成几个能独立读写的、字长为一个主存字的主体,分别对每一个存储体进行读写;还可以使几个存储体协同运行,从而提供出比单个存储体更高的读写速度。

有两种方式进行读写:
◎在同一个读写周期同时启动所有主存体读或写。
◎让主存体顺序地进行读或写,即依次读出来的每一个存储字,可以通过数据总线依次传送走,而不必设置专门的数据缓冲寄存器;其次,就是采用交叉编址的方式,把连续地址的几个存储字依次分配在不同的存储体中,因为根据程序运行的局部性特性,短时间内读写地址相邻的主存字的概率更大。

(3)存储器对成组数据传送的支持
所谓成组数据传送就是地址总线传送一次地址后,能连续在数据总线上传送多个数据。而原先是每传送一次数据要使用两个时钟周期:先送一次地址,后跟一次数据传送,即要传送N个数据,就要用2N个总线时钟周期,成组数据传送方式只用N+1个总线时钟周期。
实现成组数据传送方式,不仅CPU要支持这种运行方式,主存也能提供足够高的数据读写速度,这往往通过主存的多体结构、动态存储器的EDO支持等措施来实现。

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