存储器扩展与设计

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。

计算机组织与结构实验讲义（2014版）任国林编写东南大学计算机科学与工程学院计算机组织与结构课程实验是为巩固教学效果而设置的，学生可以通过这些实验掌握计算机部件的逻辑组成及其工作原理，熟悉数字电路芯片的使用方法，提高逻辑设计能力，为设计计算机模型机打下基础。

计算机组织与结构课程实验共有4个，分别是运算器组成实验、存储器组成实验、寄存器组成实验、CPU数据通路实验。

所有实验均基于EDA工具Quartus II进行设计和功能仿真，条件允许时基于FPGA芯片进行功能验证。

实验一运算器组成实验一、实验目的（1）熟悉加/减法器的功能及使用方法。

（2）掌握算术逻辑部件(ALU)的功能及其逻辑组成。

（3）加深对运算器工作原理的理解。

二、实验内容（1）掌握Quartus II的使用方法，能够进行数字电路的设计及仿真。

（2）验证Quartus II所提供加/减法器的功能及使用方法。

（3）设计具有加法、减法、逻辑与、逻辑非4种功能的ALU，并进行功能仿真/验证。

三、实验原理及方案运算器是计算机硬件对数据进行加工的重要部件，算术逻辑部件ALU是其核心，还包括存放操作数和运算结果的寄存器/锁存器、存放运算结果状态的触发器等器件。

根据给定控制信号的不同，运算器可以实现不同的运算功能。

为便于运算器组成设计有效进行，先介绍一下Quartus II的使用方法。

1、基于Quartus II的电路设计及仿真方法基于Quartus II，电路设计的主要过程包括：建立工程文件、编辑原理图文件、编译原理图文件，电路仿真的主要过程包括：编辑仿真波形文件、生成功能仿真网表、验证仿真波形正确性。

以功能为Z=X·Y的电路为例，使用Quartus II、采用原理图方法进行电路设计的过程如下：1）建立工程文件：通过主菜单File→New Project Wizard可建立工程文件，包含5个页面的设置。

·第1页为设置工程文件信息，包括工程文件名、工作目录名·第2页为在工程中加入文件，可将已有的GDF文件添加到工程文件中，本例中无·第3页为选择FPGA器件型号，本例中采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8芯片·第4页为添加准备使用的EDA工具，通常直接选择Next·第5页为查看、确认工程文件信息，无误时选择Finish即可。

单片机P0口的片外数据存储器扩展设计技巧
随着单片机运算速度和处理能力的不断提高，其在各个领域得到更广泛的应用。

然而，随着其应用领域的不断扩大及集成化的不断提高，其内部资源已不能满足实际需求，往往需要对其内部资源进行扩展。

经典的扩展方法主要是通过地址总线、数据总线即P0、P2口，以及控制线ALE等来进行数据或程序存储器的扩展，最大寻址空间可达64KB，但这种方法占用端口较多，在有些情况下不能满足需求。

这里以MCS-8051系列单片机为例，介绍一种新的片外数据存储器扩展方法，仅用单片机的P0口、P1.6及P1.7共10个端口便可实现256KB数据存储器的扩展。

 1 总体设计思路
 MCS-8051单片机片内部存储空间为256 B，有P0、P1、P2、P3 4个I/O 端口。

实际应用中，其内部存储空间往往不能满足需求，常常会在片外进行扩展。

有别于经典的扩展方法，这里并没有用到P2口，仅用P0口和各个存储器的地址线、数据线连接，组成地址总线和数据总线。

同时将PO口的
P0.0、P0.1和P0.2这3个端口引到译码器件的输入端，译码后作为数据存储器件的片选择控制线，与单片机的其他控制端口一起形成控制总线。

从而通过数据总线、地址总线和控制总线这3个总线实现单片机片外256 KB数据存储器的扩展。

 单片机的PO口具备地址总线、数据总线及控制线的功能。

由软件来分时传送地址信号、数据信号和片选择控制信号。

 2 硬件接口电路设计
 MCS-805l单片机与多片62256数据存储器的扩展电路主要由8片62256型。

计算机辅助存储器的设计与作用计算机辅助存储器是计算机系统中承担主要数据存储任务的一种设备。

它起到了重要的桥梁作用，能够帮助计算机系统处理复杂的任务。

本文将探讨计算机辅助存储器的设计原理以及其在计算机系统中的作用。

首先，我们来了解一下计算机辅助存储器的设计原理。

计算机辅助存储器通常采用非易失性存储介质，如硬盘、固态硬盘、光盘等。

这些存储介质具有较大的容量和稳定性，能够长期保存数据，即使断电也能够保持存储的内容。

此外，计算机辅助存储器设计中还考虑了存储器的速度和读写的可靠性。

辅助存储器通常由多个磁道和扇区组成，磁头能够在不同的磁道上读写数据，这样可以实现数据的随机访问。

辅助存储器采用了多级缓存的设计，能够提高数据的访问速度。

接下来，我们来探讨计算机辅助存储器在计算机系统中的作用。

首先，辅助存储器能够扩展计算机系统的存储容量。

计算机的主存储器（内存）容量有限，无法满足大规模计算和数据处理的需求。

辅助存储器能够提供大量的存储空间，可以用来保存大量的数据文件、程序等。

其次，辅助存储器能够长期保存数据和程序。

主存储器是易失性存储器，断电之后数据会丢失。

而辅助存储器采用非易失性存储介质，可以长期保存数据，即使断电也能保持存储的内容，确保数据的安全性和持久性。

再次，辅助存储器能够提供高速的数据访问。

虽然辅助存储器相对于主存储器的访问速度较慢，但是与外部存储设备相比，其速度仍然较快。

同时，辅助存储器采用了多级缓存的设计，通过预读和写缓冲等技术，提高了数据的访问速度。

此外，计算机辅助存储器还具有数据备份和数据共享的功能。

通过将数据备份存储在辅助存储器中，可以防止数据丢失。

同时，辅助存储器还可以实现数据的共享。

多个计算机可以通过网络连接到同一个辅助存储器，实现数据的共享和协作，提高工作效率。

综上所述，计算机辅助存储器作为计算机系统中的重要组成部分，通过其设计与作用，扩展了计算机系统的存储容量，长期保存数据和程序，提供高速的数据访问，实现数据备份和共享。

存储器的扩展课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解存储器的基本概念，掌握存储器扩展的原理及方法。

2. 学生能了解不同类型存储器的特点，例如RAM、ROM、EEPROM等，并掌握其应用场景。

3. 学生能掌握存储器地址线和数据线的连接方式，理解存储器容量与地址线位数的关系。

技能目标：1. 学生具备分析和设计简单存储器扩展电路的能力，能运用所学知识解决实际问题。

2. 学生能运用相关软件工具（如仿真软件）进行存储器扩展电路的搭建和测试。

3. 学生通过小组合作，提高沟通与协作能力，培养团队精神。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术学科的兴趣，提高学习积极性。

2. 学生认识到存储器扩展技术在现实生活中的应用，增强实践意识和创新意识。

3. 学生在小组合作中学会尊重他人意见，培养良好的团队合作精神和沟通能力。

课程性质：本课程为电子技术学科的一门实用技术课程，旨在帮助学生掌握存储器扩展技术的基本原理和方法，提高实践操作能力。

学生特点：本课程针对的是高年级学生，他们已经具备了一定的电子技术基础知识，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，采用启发式教学，引导学生主动探索、积极思考，培养学生的创新意识和实际操作能力。

同时，注重评估学生在课程中的学习成果，确保课程目标的达成。

二、教学内容1. 存储器概述- 存储器的分类及特点- 存储器的基本工作原理2. 存储器扩展技术- 扩展存储器的基本原理- 地址线、数据线的连接方法- 存储器容量与地址线位数的关系3. 常用存储器芯片介绍- RAM、ROM、EEPROM等存储器芯片- 各类存储器芯片的引脚功能及内部结构4. 存储器扩展电路设计- 存储器扩展电路的设计方法- 地址译码器、数据缓冲器等组件的应用- 存储器扩展电路的仿真与测试5. 实践操作- 搭建简单存储器扩展电路- 编写测试程序，验证存储器扩展电路的功能- 分析实验结果，优化存储器扩展电路设计教学内容安排和进度：第1-2周：学习存储器概述、存储器扩展技术相关理论知识第3-4周：介绍常用存储器芯片，分析其内部结构和引脚功能第5-6周：设计存储器扩展电路，进行仿真与测试第7-8周：实践操作，搭建存储器扩展电路，编写测试程序，验证电路功能教材章节关联：本教学内容与教材中关于存储器及其扩展技术的章节紧密相关，涵盖了存储器的基本概念、工作原理、扩展方法以及实践应用等方面。