第十章存储器设计
第一节简介
第二节动态随机存储器DRAM 第三节静态随机存储器SRAM 第四节只读存储器ROM
第五节非易失存储器NVM
第一节简介
一、存储器的分类
二、存储器的总体结构
三、存储器的时序
一、存储器的分类
随机存取存储器RAM Random Access Memory 可以进行写入和读出的半导体存储器
数据在断电后消失，具有挥发性
只读存储器ROM Read Only Memory 专供读出用的存储器，一般不具备写入，或只能特殊条件下写入。
数据在断电后仍保持，具有非挥发性。
L1Cache L2/L3Cache Main Memory
Hard Disk Drive
CPU 现代计算机系统的存储器体系结构
L3，Main Memory
Cache (L1, L2)
存储器集成电路
可读写存储器RWM非易失读
只读存储器ROM
写存储器
NVRWM
随机存取非随机存取
二、存储器的总体结构
三、存储器的时序RWM的时序
第二节DRAM
DRAM的结构
ITIC DRAM的工作原理 ITIC DRAM的设计
DRAM的总体结构
DRAM的外围电路
DRAM的结构
ITIC DRAM的结构存储电容的上极板
poly接VDD，保证硅
中形成反型层
存储电容下极板上
DRAM 动态随机存取存储器
由于存储
在电容中
的电荷会
泄露，需
要刷新。
ITIC DRAM的工作原理
x
存储电容
Cs＝A（C OX＋C j）
写信息（字线）WL为高，M1导通，BL（位线）对电容充放电，写1时有阈值损失
存信息：WL为低，M1关断，信号存在Cs上。由于pn结有泄漏，所存信息不能长期稳定保存，一般要求保持时间内，所存高电平下降不小于20％，否则刷新
读信息：WL为高，M1导通，所存电荷在Cs和位线上再分配，读出信号微
ITIC DRAM 读信息时的电荷分配
Cs 存“1”时
M1未开启时Cs 上存的电荷为Qs1＝CsVs1BL 被预充到VR ，其上的电荷为QB1＝CBLVR M1导通后，Cs 与CBL 间电荷再分配，但总电荷不变结果BL 上的电位为VB1
1
1BL R s s B BL s
C V C V V C C +=
+同理，Cs 存“0”时BL 上的电位VB0
00
BL R s s B BL s
C V C V V C C +=
+()1010s s s B B B s BL
C V V V V V C C -?=-=
+读出电路必须分辩的电位差
对于大容量DRAM ，C BL 远大于Cs ，一般十几倍，因此DRAM 的读出信号?VB 很微弱，需要使用灵敏放大器（SA ）
问题：1、电荷再分配破坏了Cs 原先存的信息s
C T =电荷传输效率
ITIC DRAM 的设计
存储单元设计
标
高密度，提高存储容量，减小单元面积
提高性能，尽量增大T ，以降低读出电路的要求
减小单元面积
减小Cs ，下限由读出电路最小可分辩的电压Vsense 决定
提高性能增大T 减小CBL ，增加Cs
例由Vsense 估算Cs 的下限
1
2s s sense
s BL
C V V C C η
=+通常Vsense 为百毫伏
存储电容
Cs ＝A （C OX ＋C j ）
不可能简单地通过增大面积A 提高性能，只能改变Cs 结构－A 提高Cox o OX
C T
εε=结构：
槽型(Trench)结构叠层(Stack)结构
槽型(Trench)结构
先做
电容，
后形
成器
件、
电路
叠层(Stack)结构
先做器件，后
形成电容，没
有pn结电容
泄漏减少
《计算机组成原理》模拟试卷十六 一.填空题（每空1分，共20分） 1.计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构。它通常由 A.______、 B.______、 C.______、汇编语言级、高级语言级组成。每一级上都能进行 D.______。 2.为了运算器的高速性，采用了A.______进位、B.______乘除法、C.______等并行 技术措施。 3.奔腾CPU中，L2级cache的内容是A.______的子集，而B.______的内容又是 C.______的子集。 4.RISC指令系统的最大特点是 A.______、B.______固定、C.______种类少、只有 D.______指令访问存储器。 5.当代流行的标准总线追求与A.______、B.______、C.______无关的开发标准。 6.SCSI是处于A.______和B.______之间的并行I/O接口，可允许连接C.______台不 同类型的高速外围设备。 二. 选择题（每题1分，共20分） 1.邮局把信件进行自动分拣，使用的计算机技术是______。 A. 机器翻译 B. 自然语言理解 C. 机器证明 D. 模式识别 2.下列数中最大数为______。 A. （101001）2 B. （52）8 C. （13）16 D. （101001）BCD 3.某机字长16位，定点表示，尾数15位，数符1位，则定点法原码整数表示的最大 正数为______ A. （215-1）10 B. -（215-1）10 C. （1-2-15）10 D. -（1-2-15）10 4.算术/逻辑运算单元74181ALU可完成______。 A.16种算术运算和16种逻辑运算功能 B.16种算术运算和8种逻辑运算功能 C.8种算术运算和16种逻辑运算功能 D.8种算术运算和8种逻辑运算功能 5.某计算机字长16位，其存储容量为2MB，若按半字编址，它的寻址范围是______。 A. 8M B. 4M C. 2M D. 1M 6.磁盘存储器的等待时间通常是指______。 A. 磁盘旋转半周所需的时间 B. 磁盘转2/3周所需时间 C. 磁盘转1/3周所需时间 D. 磁盘转一周所需时间 7.下列有关存储器的描述中，不正确的是______。 A.多体交叉存储器主要解决扩充容量问题 B.访问存储器的请求是由CPU发出的 C.cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于cache D.cache的功能全由硬件实现 8.常用的虚拟存储器系统由______两级存储器组成，其中辅存是大量的磁表面存储
第3章存储系统 一．判断题 1．计算机的主存是由RAM和ROM两种半导体存储器组成的。 2．CPU可以直接访问主存，而不能直接访问辅存。 3．外（辅）存比主存的存储容量大、存取速度快。 4．动态RAM和静态RAM都是易失性半导体存储器。 5．Cache的功能全部由硬件实现。 6．引入虚拟存储器的目的是为了加快辅存的存取速度。 7．多体交叉存储器主要是为了解决扩充容量的问题。 8．Cache和虚拟存储器的存储管理策略都利用了程序的局部性原理。 9．多级存储体系由Cache、主存和辅存构成。 10．在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由编译器完成地址映射。 二．选择题 1．主（内）存用来存放。 A．程序 B．数据 C．微程序 D．程序和数据 2．下列存储器中，速度最慢的是。 A．半导体存储器 B．光盘存储器 C．磁带存储器 D．硬盘存储器 3．某一SRAM芯片，容量为16K×1位，则其地址线有。 A．14根 B．16K根 C．16根 D．32根 4．下列部件（设备）中，存取速度最快的是。 A．光盘存储器 B．CPU的寄存器 C．软盘存储器 D．硬盘存储器 5．在主存和CPU之间增加Cache的目的是。 A．扩大主存的容量 B．增加CPU中通用寄存器的数量 C．解决CPU和主存之间的速度匹配 D．代替CPU中的寄存器工作 6．计算机的存储器采用分级存储体系的目的是。 A．便于读写数据 B．减小机箱的体积 C．便于系统升级 D．解决存储容量、价格与存取速度间的矛盾 7．相联存储器是按进行寻址的存储器。 A．地址指定方式 B．堆栈存取方式 C．内容指定方式 D．地址指定与堆栈存取方式结合 8．某SRAM芯片，其容量为1K×8位，加上电源端和接地端后，该芯片的引出线的最少数目应为。 A．23 B．25 C．50 D．20 9．常用的虚拟存储器由两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。 A．主存—辅存 B．快存—主存 C．快存—辅存 D．通用寄存器—主存 10．在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache内的任意一快的位置上，则这种方法称为。 A．全相联映射 B．直接映射 C．组相联映射 D．混合映射 三．填空题
第3章存储器系统 一．选择题 1．计算机工作中只读不写的存储器是( )。 (A) DRAM (B) ROM (C) SRAM (D) EEPROM 2．下面关于主存储器（也称为内存)的叙述中，不正确的是( )。 (A) 当前正在执行的指令与数据都必须存放在主存储器内，否则处理器不能进行处理 (B) 存储器的读、写操作，一次仅读出或写入一个字节 (C) 字节是主存储器中信息的基本编址单位 (D) 从程序设计的角度来看，cache（高速缓存）也是主存储器 3．CPU对存储器或I/O端口完成一次读/写操作所需的时间称为一个( )周期。 (A) 指令(B) 总线(C) 时钟(D) 读写 4．存取周期是指( )。 (A)存储器的写入时间(B) 存储器的读出时间 (C) 存储器进行连续写操作允许的最短时间间隔(D)存储器进行连续读/写操作允许的最短时间3间隔 5．下面的说法中，( )是正确的。 (A) EPROM是不能改写的(B) EPROM是可改写的，所以也是一种读写存储器(C) EPROM是可改写的，但它不能作为读写存储器(D) EPROM只能改写一次 6．主存和CPU之间增加高速缓存的目的是( )。 (A) 解决CPU和主存间的速度匹配问题(B) 扩大主存容量 (C) 既扩大主存容量，又提高存取速度(D) 增强CPU的运算能力 7．采用虚拟存储器的目的是( )。 (A) 提高主存速度(B) 扩大外存的容量(C) 扩大内存的寻址空间(D) 提高外存的速度8．某数据段位于以70000起始的存储区，若该段的长度为64KB，其末地址是( )。(A) 70FFFH (B) 80000H (C) 7FFFFH (D) 8FFFFH 9．微机系统中的存储器可分为四级，其中存储容量最大的是( )。 (A) 内存(B) 内部寄存器(C) 高速缓冲存储器(D) 外存 10．下面的说法中，( )是正确的。(A) 指令周期等于机器周期 (B) 指令周期大于机器周期(C) 指令周期小于机器周期(D) 指令周期是机器周期的两倍11．计算机的主内存有3K字节，则内存地址寄存器需( )位就足够。 (A) 10 (B) 11 (C) 12 (D) 13 12．若256KB的SRAM具有8条数据线，那么它具有( )地址线。 (A) 10 (B) 18 (C) 20 (D) 32 13．可以直接存取1M字节内存的微处理器，其地址线需( )条。 (A) 8 (B)16 (C) 20 (D) 24 14．规格为4096×8的存储芯片4片，组成的存储体容量为( )。 (A) 4KB (B) 8KB (C) 16KB (D) 32KB 15．一个有16字的数据区，其起始地址为70A0：DDF6H，则该数据区末字单元的物理地址为（）。 （A）14E96H （B）7E814H （C）7E7F6H （D）7E816H 16．某微型计算机可直接寻址64M字节的内存空间，其CPU的地址总线至少应有( )条。（A）20 （B）30 （C）16 （D）26 17．对于地址总线为32位的微处理器来说，其直接寻址范围可达（）。
一、选择题 1、存储器和CPU之间增加Cache的目的是( )。 A. 增加内存容量 B. 提高内存的可靠性 C. 解决CPU与内存之间速度问题 D.增加内存容量，同时加快存取速度 2、常用的虚拟存储系统由（）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。 A 主存-辅存 B 快存-主存 C 快存-辅存 D 通用寄存器-主存 3、双端口存储器所以能高速进行读/ 写，是因为采用（）。A．高速芯片B．两套相互独立的读写电路 C．流水技术D．新型器件 4、在下列几种存储器中，CPU可直接访问的是（）。 A. 主存储器 B. 磁盘 C. 磁带 D. 光盘 5、SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为（）。 A．64，16 B．16，16 C．64，8 D．16，64。 6、采用虚拟存储器的主要目的是（）。 A．扩大主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度B．提高主存储器的存取速度 C．提高外存储器的存取速度 D．扩大外存储器的存储空间
7、双端口存储器在（）情况下会发生读/写冲突。 A. 左端口与右端口的地址码不同 B. 左、右端口的地址码相同 C. 左、右端口的数据码相同 D. 左、右端口的数据码不同 8、计算机系统中的存储器系统是指（）。 A RAM存储器 B ROM存储器 C 主存储器D主存储器和外存储器 9、某计算机字长32位，其存储容量为4MB，若按半字编址，它的寻址范围是（）。 A 0~4MB-1 B 0~2MB-1 C 0~2M-1 D 0~1M-1 10、某一SRAM芯片，采用地址线与数据线分离的方式，其容量为512×8位，除电源和接地端外，该芯片引出线的最小数目应是（）。 A 23 B 25 C 50 D 19 11、以下四种类型的半导体存储器中，以传输同样多的字为比较条件，则读出数据传输率最高的是（）。 A DRAM B SRAM C FLASH ROM D EPROM 12、计算机的存储器采用分级存储体系的目的是（）。A．便于读写数据B．减小机箱的体积
专题：存储器与接口设计 存储器接口类型可分为：异步存储器接口和同步存储器接口2大类型 异步存储器接口类型是最常见的，也是我们最熟知的，MCU一般均采用此类接口。相应的存储器有：SRAM、Flash、NvRAM……等，另外许多以并行方式接口的模拟／数字I/O器件，如A/D、D/A、开入／开出等，也采用异步存储器接口形式实现。 同步存储接口相对比较陌生，一般用于高档的微处理器中，TI DSP中只有C55x 和C6000系列DSP包含同步存储器接口。相应的存储器有：同步静态存储器：SBSRAM和ZBTSRAM，同步动态存储器： SDRAM，同步FIFO等。SDRAM可能是我们最熟知的同步存储器件，它被广泛用作PC机的内存。 C2000、C3x、C54x系列DSP只提供异步存储器接口，所以它们只能与异步存储器直接接口，如果想要与同步存储器接口，则必须外加相应的存储器控制器，从电路的复杂性和成本的考虑，一般不这么做。C55x、C6000系列DSP不仅提供了异步存储器接口，为配合其性能还提供了同步存储器接口。 C55x和C6000系列DSP的异步存储器接口主要用于扩展Flash和模拟／数字I/O，Flash主要用于存放程序，系统上电后将Flash中的程序加载到DSP片内或片外的高速RAM 中，这一过程我们称为BootLoader同步存储器接口主要用于扩展外部高速数据或程序RAM，如SBSRAM、 ZBTSRAM或SDRAM等。 现在的问题是如何设计DSP系统的外部存储器电路，即DSP如何正确地与各种类型的存储器芯片接口。在DSP外部存储器电路设计中经常会遇到下列一些问题：DSP提供的外部存储器接口信号与存储器芯片所需要的接口信号不完全一致某 些DSP支持多种数据宽度的访问，如8／16／32位数据宽度等，存储器电路中如何实现？数据、地址线在PCB布线时，为了走线方便，经常会进行等效交换，哪些存储器可以作等效交换、哪些不行？ 下面我们将按存储器类型分别来解答这些问题 异步存储器：Flash 对于flash,读操作与SRAM相同;擦除和写入操作以命令序列形式给出，厂商不同，命令序列可能稍有不同写入命令序列后，Flash自动执行相应操作，直到完成，随后自动转为读状态。在完成相应操作前，读Flash得到操作是否完成的状态信息，而非存储单元数据. 对于flash，因为擦除跟写入操作以命令序列形式给出，可以对进行编程，包括两种方式： 1、在线，load2段程序，把要烧写的程序当作文件写入到Flash中 2、离线，通过JTAG烧写 3.3V、16位宽度的、工业标准Flash有4种，它们的引脚兼容，均为48引脚的TSOP封装在PCB布线时，以最大容量1M×16位Flash布线，则可根据容量需要安装如何一种FlashFlash的数据和地址线不可以等效交换BootLoader考虑Flash应定位于特殊的位置，设计时应参考相应器件的数据手册 1、VC33，Flash应定位在PAGE0的1000H、或PAGE1的400000H、或PAGE3的FFF000H，可支持8／16／32位数据宽度
淮海工学院计算机科学系实验报告书 课程名：《操作系统》 题目：虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验 班级： 学号： 姓名：
一、实验目的与要求 1.目的： 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。 2.要求： 本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。 二、实验说明 1．设计中虚页和实页的表示 本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。 在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。 在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。 2．关于缺页次数的统计 为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内， 此虚页被命中，count加1。最终命中率=count/20*100%。 3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定 为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问 一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前
设计示例1：存储器设计 1、 存储器模块定义： 存储器用于存放CPU 运算的程序指令和数据等，采用单端口存储器设计，设计最大为64个存储单元，每个存储单元数据宽度为32bit 。下图为指令存储器的模块框图。 module ExtMem 图1 模块框图 2、 结构框图： 3、 接口说明： 表1： 存储器接口信号说明表 4、 时序说明： ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Din ExtMem_CS 图2 存储器接口读时序框图
ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Dout ExtMem_CS 图3 存储器接口写时序框图 Valid ExtMem_Dout ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Din ExtMem_CS Valid 图4 存储器接口读写时序框图 5、 设计电路源代码 Module Mem ( input CLK, input CSn, input [5:0] Addr, input WRn, input RDn, input [31:0] Din, output [31:0] Dout ); reg [31:0] Memory [0: 63] ; //---存储器写操作 always @( posedge CLK) begin if (~CSn & ~WRn ) Memory[Addr]<= Din; end //---存储器读操作方式1 always @( posedge CLK )
摘要 在现代计算机中，存储器是其核心组成部分，对微型计算机也不例外。因为有了它，计算机才具有“记忆”功能，才能把程序及数据的代码保存起来，才能使计算机系统脱离人的干预而自动完成信息处理的功能。计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要。这篇文章简述了存储器的由汞延迟线、磁带、磁鼓、磁芯、磁盘、光盘到纳米存储的7个发展阶段,并介绍了其间存储器的各个方面性能的进步，以及在云计算和物联网技术中存储器的应用和存储器的发展前景。 关键词：存储器，容量，速度
Abstract In modern computers, memory is the core component of the micro-computer. Because of it, the computer have the function of "memory" and can save the program and data code. Computer systems out of the human intervention and automatically complete the information processing functions.The computer's main memory can not satisfy fast access, big storage capacity and low cost.the computer must have the speed from slow to fast and from big to small capacity multi-level hierarchical memory and the best control and scheduling algorithm and a reasonable cost, constitutes acceptable performance storage systems.The function of storage systems will become more important in the computer.This essay briefly described the seven stages of the memory's development from the mercury delay line, tape, drum, core, disk, CD-ROM to the nano-storage.And described all aspects of the memory's progress during the period.The prospects for the development of the memory in the cloud computing and networking technology. Key Words:Memory,capacity, speed
第五章虚拟存储器 一、单项选择题 1.虚拟存储器的最大容量＿＿＿。 *A. 为内外存容量之和 B. 由计算机的地址结构决定（（（实际容量 C. 是任意的 D. 由作业的地址空间决定 虚拟存储器是利用程序的局部性原理，一个作业在运行之前，没有必要全部装入内存，而只 将当前要运行那部分页面或段装入便可以运行，其他部分放在外部存储器内，需要时再从外 存调入内存中运行，首先它的容量必然受到外存容量的限制，其次寻址空间要受到计算机地 址总线宽度限制。最大容量（逻辑容量）收内外存容量之和决定，实际容量受地址结构决定。2．在虚拟存储系统中，若进程在内存中占 3 块（开始时为空），采用先进先出页面淘汰 算法，当执行访问页号序列为 1﹑ 2﹑ 3﹑ 4﹑ 1﹑2﹑ 5﹑ 1﹑ 2﹑ 3﹑4﹑ 5﹑ 6 时，将 产生＿＿＿次缺页中断。（开始为空，内存中无页面， 3 块物理块一开始会发生三次缺页。） A.7 B.8 C.9 3. 实现虚拟存储器的目的是＿＿＿ A. 实现存储保护 B. 实现程序浮动 D. 10 . C. 扩充辅存容 量 D. 扩充主存容量 4.作业在执行中发生了缺页中断, 经操作系统处理后 , 应让其执行＿＿＿指令 . （书本 158 页，（ 2）最后一句话） A. 被中断的前一条 B. 被中断 的 C. 被中断的后一 条 D. 启动时的第一条 5．在请求分页存储管理中，若采用FIFO 页面淘汰算法，则当分配的页面数增加时， 断的次数 ________。( 在最后一题做完后再作答)答案错误选择： D 缺页中 A．减少B. 增 加 C. 无影响 D. 可能增加也可能减少 6.虚拟存储管理系统的基础是程序的________理论 . A. 局部性 B. 全局 性 C. 动态 性 D. 虚拟性 7. 下述 _______页面淘汰算法会产生Belad y 现象 . A. 先进先出* B. 最近最少使 用 C. 最近不经常使 用 D. 最佳 所谓 Belady 现象是指：在分页式虚拟存储器管理中，发生缺页时的置换算法采用 FIFO（先 进先出）算法时，如果对—个进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出现分配的页面 数增多但缺页率反而提高的异常现象。 二. 填空题 1.假设某程序的页面访问序列为1. 2. 3. 4. 5. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4 且开始执行时主 存中 没有页面，则在分配给该程序的物理块数是3 且采用 FIFO 方式时缺页次数是 ____13____; 在分配给程序的物理块数是 4 且采用 FIFO 方式时，缺页次数是 ___14______; 在分配给程序
存储器类型综述及DDR接口设计的实现 存储器类型综述及DDR接口设计的实现 存储器综述 在过去的数年里，电子市场，确切地说是存储器市场，经历了巨大的变化。在 2000 年电子工业低迷时期之前，设计师很少考虑他们下一个设计中元器件的成本，而更关注它们能够达到的最高性能。 今天，竞争的加剧以及利润率的下降迫使系统设计师在降低下一代产品成本的同时，保持、甚至提高系统的性能种转变的结果，有一个工业部门经历了实质性的增长，它就是 DRAM 存储器，尤其是双倍数据速率(DDR) S DRAM 存储DDR存储器最初是一种高性能、低成本的存储器解决方案，主要用于个人计算机和其它成本敏感的消费品市场。于施加在整个电子工业上的经济压力，非消费产品也开始采用DDR存储器了（图 1）。 图 1 来源：IC Insights DDR是一种基于S DRAM 的革命性的存储器技术。DDR S DRAM 的存取速度是S DRAM 的两倍，因为DDR的数据传时钟的所有两个边沿。而S DRAM 仅在时钟的上升沿传送数据。因此，DDR能够传送数据的速度高达2133MB/s。与传统AM 相比，DDR还具有更低的功耗。它的工作电压是直流2.5V，而S DRAM 是直流 3.3V 。 市场分析表明，在当今所有的电子系统中，超过50%采用了DDR存储器，并且预计在接下来的几年中将增长到80不是，并且永远也不会是一种针对所有设计的技术。DDR存储器非常适用于那些高读写比率的设计。而诸如四倍数据器，适用于50%读写比率的应用。图2确定了多种顶尖的存储器技术以及它门各自所属的读/写曲线。
图 2 不同存储器类型的读/写率的比较 如上所述，每个系统有各自独特的存储器要求。在服务器应用的例子中，读写趋于较高的比率，表示需要DDR。理器与支持大数据包的MAC的接口例子中，在处理之前，这些数据包需要进行缓冲和存储，接近1:1的读写比率，表一个合适的存储器结构。 图3展示了一个通用通信线卡印刷电路板的例子。基于系统设计者的要求，这张结构图上指出了在哪里一些通用型可以被采用。在很多系统中采用了相似的决策过程，从而选择合适的存储器结构。 图 3 下面的目录指出了针对不同的系统和功能的合适的存储器结构。这些选择基于系统结构和各自的性能/成本综合要·查找-快速的开关/访问时间 -临界延时，以读取为导向，较小的总线宽度(32/64位)
《计算机组成原理》练习题 一、单项选择题 1．CPU响应中断的时间是__C____。 A．中断源提出请求； B．取指周期结束； C．执行周期结束； D．间址周期结束。 2．下列说法中___C___是正确的。 A．加法指令的执行周期一定要访存； B．加法指令的执行周期一定不访存； C．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定访存； D．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期不一定访存。 3．垂直型微指令的特点是__C____。 A．微指令格式垂直表示； B．控制信号经过编码产生； C．采用微操作码； D．采用微指令码。 4．基址寻址方式中，操作数的有效地址是___A___。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．寄存器内容加上形式地址。 5．常用的虚拟存储器寻址系统由___A___两级存储器组成。 A．主存－辅存；B．Cache－主存； C．Cache－辅存；D．主存—硬盘。 6．DMA访问主存时，让CPU处于等待状态，等DMA的一批数据访问结束后，CPU再恢复工作，这种情况称作___A___。 A．停止CPU访问主存；B．周期挪用； C．DMA与CPU交替访问；D．DMA。 7．在运算器中不包含____D__。 A．状态寄存器；B．数据总线； C．ALU；D．地址寄存器。 8．计算机操作的最小单位时间是__A____。 A．时钟周期；B．指令周期； C．CPU周期；D．中断周期。 9．用以指定待执行指令所在地址的是__C____。 A．指令寄存器；B．数据计数器； C．程序计数器；D．累加器。 10．下列描述中___B___是正确的。 A．控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果； B．一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算逻运算五个单元； C．所有的数据运算都在CPU的控制器中完成； D．以上答案都正确。 11．总线通信中的同步控制是___B___。 A．只适合于CPU控制的方式； B．由统一时序控制的方式； C．只适合于外围设备控制的方式； D．只适合于主存。
计算机组成原理 实验五《存储器设计》 实验报告 姓名：吴速碘黄紫微 学号：13052053 13052067 班级：计算机二班 日期2015、5、25
实验五存储器设计 一、实验目的 1、掌握RAM和ROM的Verilog语言描述方法； 2、学习用宏模块的方法定制RAM和ROM。 二、实验任务 1、设计并实现一个128*16 的单端口的RAM； 2、设计并实现一个128*16的ROM； 3、设计并实现一个双端口的128*16的RAM 4、设计并实现一个16*32的FIFO。 5、设计并实现正弦信号发生器，见“正弦信号发生器实验指南”。 三、实验步骤 1 编写Verilog代码（见附页） 2功能仿真 进行分析与综合，排除语法上的错误 建立波形仿真文件，输入激励 生成功能仿真网表 进行功能仿真，观察输出结果 3选择器件 DE2_70开发板的使用者请选择EP2C70F896C6 4绑定管脚 5 下载验证 DE2_70开发板的下载:使用USB-Blaster进行下载 四、实验内容 五、实验思考题 1、分析存储器采用三态输出的原因是什么？ 存储器的输出端是连接在数据总线上的。数据总线相当于一条车流频繁的大马路，必须在绿灯条件下，车辆才能进入这条大马路，否则要撞车发生交通事故。同 理，存储器中的数据是不能随意传送到数据总线上的。例如，若数据总线上的数 据是“1”(高电平5V)，存储器中的数据是“0”(低电平0V)，两种数据若碰到一 起就会发生短路而损坏单片机。因此，存储器输出端口不仅能呈现“l”和“0”两 种状态，还应具有第三种状态“高阻"态。呈“高阻"态时，输出端口相当于断开，对数据总线不起作用，此时数据总线可被其他器件占用。当其他器件呈“高阻”态 时，存储器在片选允许和输出允许的条件下，才能将自己的数据输出到数据总线 上。 2、单端口和双端口的区别是什么？ 单端口ram是ram的读写只有一个端口，同时只能读或者只能写。 双端口ram是ram读端口和写端口分开，一个端口能读，另一个端口可以同时写。 3、什么情况下考虑采用双端口存储器？
第三章习题与思考题 典型例题解析 例3-1高速缓冲存储器(Cache)的存取速度（）。 A．比内存慢，比外存快B．比内存慢，比内部寄存器快 C. 比内存快，比内部寄存器慢 D. 比内存快，比内部寄存器快 例3-2 在存储器连线时，选片控制采用（）方式时，不仅存在（）问题，而且所分配的地址也是不同的。 A．全译码B．线选法C．地址重迭D．地址浮动 例3-3 某计算机的主存为3KB，则内存地址寄存器需（）位就足够了。 A．10 B．11 C．12 D．13 例3-4 在微机中，CPU访问各类存储器的频率由高到低的次序为（）。 A．高速缓存、内存、磁盘B．内存、磁盘、高速缓存 C．磁盘、内存、高速缓存D．磁盘、高速缓存、内存 答案：A 分析：内存存放当前运行的程序和数据，访问频率高于磁盘，C和D不合题意；在采用Cache和内存的存储体系结构中，CPU总是先访问Cache，只有未命中时才访问内存，B也不对。所以选A。 例3-5 常用的虚拟存储器寻址系统由（）两级存储器组成。 A．主存一外存B．Cache一主存 C．Cache—外存D．Cache——Cache 答案：A 分析：虚拟存储器由存储器管理机制以及一个大容量的外存支持。它是在存储体系层次结构基础上，通过存储器管理部件MMU，在外存和主存之间进行虚拟地址和实地址间的变换的。 例3-6 下面的说法中，正确的是（）。 A．EPROM是不能改写的 B．EPROM是可改写的，所以也是一种读写存储器
C．EPROM只能改写一次 D．EPROM是可改写的，但它不能作为读写存储器 答案：D 分析：EPROM是紫外线可擦写可编程ROM，可反复多次改写，所以A和C不正确；EPROM的编程需外加编程电压，不能在线随机改写，因而EPROM不是随机读写存储器，所以B也不正确。 例3-7 一个具有24根地址线的微机系统，装有16KBROM、480KB RAM和100MB的硬盘，说明其内存容量为（）。 A．496KB B．16MB C．100．496MB D. 480KB 答案：A 分析：内存由ROM和RAM组成，答案C含硬盘容量不合题意；存储器总容量与实际装机容量是不同概念，此题答案B、D也不合题意。 例3-8 外存储器与内存储器相比，其特点是（）。 A．存储容量大，存取速度快，断电不丢失信息 B．存储容量大，存取速度慢，断电不丢失信息 C．存储容量大，断电不丢失信息，信息无须调入内存即可被CPU访问 D．存储容量大，断电会丢失信息，信息须调入内存才能被CPU访问答案：B 分析：外存是指磁盘、磁带等用作后备存储器的存储媒介，断电不丢失信息，其存取速度要比内存慢，且外存信息须调入内存才可被CPU访问，所以A、C、D均不合题意。 例3-9 对于地址总线为32位的微处理器来说，其直接寻址的范围可达（）。 A．1MB B.16MB C．64MB D．4GB 答案：D 例3-10某微机有16条地址线,现用SRAM 2114(1K×4)存储器芯片组成存储系 统。 问：(1) 采用线选法译码时，系统的存储器容量最大为多少?此时需要多 少个2114 存储器芯片? （2）若采用全译码译码，系统最大存储量又为多少?需要多少2114芯片?
TMS320C32 DSP 的存储器接口设计方案 TMS320C32 是美国TI 公司生产的一款浮点数字信号处理器（DSP），是TMS320 系列浮点数字信号处理器的新产品，其CPU 是在TMS320C30 和TMS320C31 的基础上进行了简化和改进。在结构上的改进主要包括可变宽度 的存储器接口、更快速的指令周期时间、可设置优先级的双通道DMA 处理器、灵活的引导程序装入方式、可重新定位的中断向量表以及可选的边缘/电平触发 中断方式等。 1 TMS320C3 2 的外部存储器接口的特点 TMS320C32 是一个32 位微处理器，它可以通过24 位地址总线、32 位数据总线和选通信号对外部存储器进行访问。其外部存储器接口结构如下图l 所示。 在图l 中，引脚（引脚，又叫管脚，英文叫Pin。就是从集成电路（芯片）内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口）PRGW 是用来配置外部程序存储器的宽度的。当PRGW 引脚为低电平时程序 存储器宽度为16 位；当PRGW 引脚为高电平时程序存储器宽度为32 位。STRBO 和STRBl 各为一组访问外部存储器的选通信号，各有4 个信号引脚（STRBx_B3／A_1、STRBx_B2／A_2、STRBx_Bl 和STRBx_B0）。从图l 中我们可以看出，选通信号STRB0 和STRBl 能从8／16／32 位存储器中访问 8／16/32 位数据，或从16／32 位存储器中执行32 位程序；IOSTRB 是外设 I／O 的选通信号引脚，它只能从32 位宽度的存储器中访问32 位的数据和程序。 可以通过对STRBx 和IOSTRB 的设置，从8／16／32 位的存储器中访
计算机组成原理实验 实验五存储器设计 专业班级计算机科学与技术 学号0936008 姓名冯帆 学号0936036 姓名张琪 实验地点理工楼901 实验五存储器设计 一、实验目的 1、掌握RAM 和ROM 的Verilog 语言描述方法； 2、学习用宏模块的方法定制RAM 和ROM 。 二、实验内容
1、设计并实现一个8*8 的单端口的RAM ； 2、设计并实现一个128*16的ROM ； 3、设计并实现一个双端口的128*16的RAM 。 4、设计并实现正弦信号发生器，参考“正弦信号发生器实验指南”。 三、实验仪器及设备 PC 机+ Quartus Ⅱ0 + DE2-70 四、实验步骤 打开Quartus 软件，新建工程。 2．分析单端口，双端口，ROM,RAM 的含义。 3．Verilog 程序如下，并简单注释。 ①
module SingleRamTest(read_data, read_address, write_data, write_address, memwrite, clock, reset); output [7:0] read_data; //数据的输出 input [2:0] read_address; //读数据地址的输入 input [7:0] write_data; //写数据地址的输入 input [2:0] write_address; //写数据地址的输入 input memwrite; //若该信号为1，进行写操作，反之，写操作input clock; input reset; //复位和时钟信号 reg [7:0] read_data, mem0, mem1,mem2,mem3,mem4,mem5,mem6,mem7; //设置存储器存储单元 always @(read_address or mem0 or mem1 or mem2 or mem3 or mem4 or mem5 or mem6 or mem7) //若上述信号有一个发生变化，则启动该模块begin
常用存储器芯片设计指南 现代通讯产品中，各种存储器的应用已经是越来越广泛，可以这么说，产品中包含的存储器的特性的好坏，直接关系到产品整体性能。因此，存储器芯片的设计，在通讯产品的设计中，也显得愈发重要。 目前在通讯产品中应用的存储器，主要有FLASH、SSRAM、SDRAM、串行PROM等，由此延伸出去还有在接口电路中经常应用的FIFO、双口RAM等，下面的内容就是这些常用存储器芯片的原理介绍和在产品中的设计指南。 FLASH介绍 一、BOOT ROM简介 我们在CPU最小系统中一般采用AM29LV040B-90 // SST39VF040-90-4C-NH （代码：10300067，512kB，8位总线宽度，PLCC32封装，3.3V供电）作为BOOT ROM。 BOOT ROM中存放的是系统自举程序，实现CPU系统的自举。当系统上电后，CPU 首先运行BOOT ROM中的程序，完成对CPU系统的初始化。 图1 AM29LV040B-90 // SST39VF040-90-4C-NH引脚图 该FLASH芯片可在线读写，但作为BOOT ROM时，我们一般用烧录机烧写入程序，不对其进行在线写。其读操作时序如图2所示。
图2 读操作时序 下面给出一个MPC860最小系统的应用例子。 图3 MPC860 BOOT电路图 因为我们不需要在线写，所以为防止BOOT FLASH的程序被改写，一般将/WE信号接高电平。 MPC860用8位数据口的方式访问BOOT，经缓冲之后的数据线为BD00-BD07。MPC860地址线使用A31-A13，经一级驱动与BOOT相连。使用/CS0片选端，地址范围0x0800 0000~0x0807 FFFF，使用内部等待，等待周期为8。 BOOT ROM中存放的是系统自举程序，实现MPC860系统的自举。当系统上电后，MPC860首先运行BOOT ROM中的程序，该程序首先完成MPC860的初始化，然后根据参数，将Flash ROM中的应用程序复制到SDRAM空间中，然后将控制权移交给该应用程序运行；或准备应用程序加载，进入调试状态。
计算机组成原理复习题及答案汇总
计算机组成原理复习题 一、选择题 （C）1、在下列四句话中，最能准确反映计算机主要功能的是下面哪项。 A．计算机可以存储大量信息B．计算机能代替人的脑力劳动 C．计算机是一种信息处理机D．计算机可实现高速运算 （C）2、计算机硬件能直接执行的只能是下面哪项。 A．符号语言 B．汇编语言 C．机器语言 D．机器语言和汇编语言 （C）3、运算器的核心部件是下面哪项。 A．数据总线 B．数据选择器 C．算术逻辑运算部件 D．累加寄存器 （C）4、对于存储器主要作用，下面哪项说法正确。 A．存放程序 B．存放数据 C．存放程序和数据 D．存放微程序 （D）5、至今为止，计算机中所含所有信息仍以二进制方式表示，其原因是下面哪项。 A．节约元件 B．运算速度快 C．物理器件性能决定 D．信息处理方便 （C）6、CPU中有若干寄存器，其中存放存储器中数据的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器B．程序计数器C．数据寄存器 D．指令寄存器 （D C）7、CPU中有若干寄存器，其中存放机器指令的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器B．程序计数器C．指令寄存器 D．数据寄存器 （A）8、CPU中有若干寄存器，存放CPU将要执行的下一条指令地址的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器B．数据寄存器
C．程序计数器 D．指令寄存器 （C）9、CPU中程序状态寄存器中的各个状态标志位是依据下面哪项来置位的。 A．CPU已执行的指令B．CPU将要执行的指令 C．算术逻辑部件上次的运算结果D．累加器中的数据 （B）10、为协调计算机各部件的工作，需要下面哪项来提供统一的时钟。 A．总线缓冲器 B．时钟发生器 C．总线控制器 D．操作命令发生器 （C）11、下列各种数制的数中最小的数是下面哪项。 A．(101001)2 B．(52)8 C．（101001） BCD D ．(233)H （D）12、下列各种数制的数中最大的数是下面 哪项。 A．(1001011)2 B．75 C．(112)8 D．(4F)H （B）13、将十进制数15/2表示成二进制浮点规 格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数 4位）是下面哪项。 A．01101110 B．01101111 C．01111111 D．11111111 （A）14、能发现两位错误并能纠正一位错的编 码是下面哪种编码。 A．海明码 B．CRC码 C．偶 校验码 D．奇校验码 （D）15、假定下列字符码中有奇偶校验位， 但没有数据错误，采用偶校验的字符码是下面哪 项。 A．11001011 B．11010110 C．11000001 D．11001001 （C）16、下列存储器中，速度最慢的是下面哪
目录 1、课程设计目的 (2) 2、课程设计内容和要求 2.1、设计内容 (2) 2.2、设计要求 (2) 3、设计方案 (2) 3.1、设计思路 (2) 3、1、 1 外部存储器的扩展 (2) 3、1、2静态RAM 6264扩展 (3) 3、1、3地址空间的分配 (3) 3.2、工作原理及硬件框图 (6) 3、2、1单片机系统的工作原理 (6) 3、2、2、6264芯片引脚和内部结构 (7)
3、2、3、74LS373引脚图内部结构原理图和电路连接图 (9) 3、2、4、74ls138芯片功能 (10) 3.3、硬件电路原理图 (11) 3.4、PCB版图设计 (12) 4、课程设计总结 (12) 5、参考文献 (13) 1、设计目的 1、1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 1、2、学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法； 1、3、掌握单片机、存储器的应用； 1、4、学习掌握硬件电路设计的全过程。 2、课程设计内容和要求 2、1、设计内容 对8051单片机实现外扩16KB RAM，采用两片6264作外扩RAM； 2、2、设计要求 2、2、1、学习掌握单片机及静态存储器SRAM的工作原理及应用；
2、2、2、熟练掌握应用Protel99设计原理图及制作PCB图的过程； 2、2、 3、整理设计内容，编写设计说明书。 3、设计方案 3、1、设计思路 3、1、1 、外部存储器的扩展 外部数据存储器的扩展方法及时序 扩展外部RAM电路原理图 读外部数据RAM时序
写外部数据RAM时序 3、1、2、静态RAM 6264扩展 6264是8K×8位的静态随机存储器芯片，它采用CMOS工艺制造，单一+5V供电，额定功耗200mW，典型存取时间200ns。 3、1、3、地址空间的分配 地址空间的分配，实际是16位地址线的具体安排与分配，是应用系统统硬件设计中至关重要的一个问题。它与外部扩展的存储器容量及数量、功能接口芯片部件的数量等等有关，必须综合考虑，合理分配。 在外部扩展多片存储和功能部件接口芯片时，主机通过地址总线发出的地址是用来选择某一个存储单元或某一个功能部件接口芯片（或芯片中的某一个寄存器）的。要完成这一功能，必须进行两种选择：一是必须选择出指定的芯片（称之为片选）；二是必须选择出该芯片的某一个存储单元。第二种选择由地址总线来完成，现在讨论第一种选择，即选中该芯片。通常有两种片选的方法：线选法和译码法。 线选法 线选法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。一定会有一些这样的地址线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。