存储器系统设计

2017 年 8 月第 4 期现代导航·293·基于 Micro SD 卡的存储系统设计王健（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）摘要： 组合导航设备需要足够容量的非易失存储器， 设计了一种基于国产 DSP 和 Micro SD卡的存储系统。

首先，介绍了组合导航设备存储系统的总体设计；其次，基于国产 DSP，设计 了采用 SPI 模式与 Micro SD 卡通信的硬件； 然后， 在硬件基础上用软件实现了对 Micro SD 卡的 数据读写。

实际应用结果表明，设计的存储系统具有容量大，体积小，方便移植升级，有较高 应用价值。

关键词：国产 DSP；Micro SD 卡；SPI；存储系统 中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2017)04-293-04Design of Storage System Based on Micro SD CardWANG JianAbstract: Integrated navigation device needs enough non-volatile memory storage capacity, and this paper designs a storagesystem based on domestic DSP and Micro SD card. Firstly, this paper introduces general design about the storage system of integrated navigation device. Secondly, based on domestic DSP and Micro SD card, this paper designs the storage system hardware using SPI communication protocol mode. Thirdly, based on storage system hardware, this paper designs software and realizes reading and writing data in the Micro SD card. The practical application results show that the storage system in this paper has the advantages of large capacity, small size, easy transplant and upgrade, and has a high application value.Key words: Domestic DSP; Micro SD Card; SPI; Storage System 路点等导航信息，并能够记录有关对准事件、对准 时间、导航事件、导航时间等信息。

实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。

能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。

二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。

现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。

a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。

b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。

c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。

4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。

芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。

地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。

b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。

HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。

c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。

单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略引言：在当今数字化时代，嵌入式系统的普及和应用日益广泛。

而单片机作为嵌入式系统的核心部件，其存储器系统设计的优化和性能提升对于嵌入式系统整体性能的提升至关重要。

本文将探讨单片机的存储器系统设计原理，以及如何通过优化策略实现性能的提升。

一、存储器系统设计原理单片机的存储器系统由程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）和特殊功能寄存器（SFR）组成。

这三个部分在单片机的整体运作中扮演着不同的角色。

1. 程序存储器（ROM）程序存储器用于存储单片机的程序代码。

根据存取方式的不同，可将程序存储器分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

只读存储器通常包括可编程只读存储器（PROM）、电可擦可编程只读存储器（EPROM）和电子擦可编程只读存储器（EEPROM）。

2. 数据存储器（RAM）数据存储器用于存储单片机运行过程中产生的中间数据。

它通常具有读写能力，可以根据需要进行数据的读取和写入操作。

根据存取方式和存放位置的不同，可以将数据存储器分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。

SRAM具有快速存取速度和不需要刷新的特点，而DRAM占用的面积更小且价格更低。

3. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器是单片机的特殊存储器，用于保存各种系统和外设的控制和状态信息。

这些寄存器可以通过特定的地址进行访问和控制，实现单片机与外设的交互。

特殊功能寄存器的设计合理与否直接影响着整个系统的性能。

二、性能优化策略为了提升单片机系统的性能，可以从以下几个方面来进行优化：1. 存储器容量优化合理利用存储器容量是优化存储器系统性能的关键。

通过对程序代码和数据存储的分析，可以估算出所需要的存储器容量，并根据实际需求选择合适的存储器芯片。

同时，可以采用编程优化的方法，如代码压缩和数据压缩，减小所需存储器容量。

2. 存储器速度优化存储器访问速度对于单片机系统的性能至关重要。

sram存储器设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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存储器的课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握存储器的基本概念、分类和作用，能够理解不同类型存储器的特点和应用场景，以及掌握存储器的基本操作方法。

1.了解存储器的定义和作用；2.掌握存储器的分类及特点；3.理解不同类型存储器的应用场景；4.掌握存储器的基本操作方法。

5.能够正确识别和选用不同类型的存储器；6.能够进行存储器的简单操作和维护；7.能够运用存储器解决实际问题。

情感态度价值观目标：1.培养学生对存储器的兴趣和好奇心；2.培养学生珍惜存储器资源，养成良好的数据存储习惯；3.培养学生团队协作和自主学习的能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括存储器的定义、分类、特点、应用场景和基本操作方法。

1.存储器的定义和作用：介绍存储器的概念，解释存储器在计算机系统中的重要性。

2.存储器的分类及特点：讲解不同类型存储器的分类，如内存、硬盘、U盘等，并阐述各自的特点和优缺点。

3.存储器的应用场景：分析存储器在不同领域的应用，如个人电脑、服务器、移动设备等。

4.存储器的基本操作方法：介绍存储器的常见操作，如格式化、分区、复制、粘贴等。

三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解存储器的基本概念、分类和作用，以及基本操作方法。

2.讨论法：学生分组讨论存储器在不同场景下的应用，促进学生思考和交流。

3.案例分析法：通过分析具体案例，让学生了解存储器在实际生活中的应用和重要性。

4.实验法：安排课内外实验，让学生亲手操作存储器，加深对存储器的理解和掌握。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用合适的教材，为学生提供系统、全面的知识体系。

2.参考书：提供相关参考书籍，为学生提供更多的学习资料。

3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，增强课堂的趣味性和生动性。

4.实验设备：准备存储器设备，让学生进行实际操作和实验。

《微机原理与接口技术》(第三版)简介《微机原理与接口技术》是一本介绍微机原理以及接口技术的教材。

本书主要内容包括微机系统、计算机的组成与结构、内部总线结构、存储器系统、微机的中央处理器、系统总线与接口技术等。

本书旨在帮助读者全面了解微机原理和接口技术，为读者提供深入学习和研究微机原理与接口技术的基础知识。

第一章微机系统1.1 微机系统的概念和组成在本章中，我们将介绍微机系统的概念和组成。

微机系统由中央处理器(CPU)、存储器(Memory)和输入输出(I/O)设备组成。

我们将详细介绍每个组件的功能和作用，以及它们之间的关系和通信方式。

1.2 微机系统的发展历程本节将回顾微机系统的发展历程。

我们将从早期的微处理器发展到如今的微机系统，探讨微机系统在不同时期的发展和应用。

1.3 微机系统的分类微机系统可以根据不同的分类标准进行分类。

在本节中，我们将介绍微机系统的几种常见分类方式，并讨论各种分类方式的优缺点。

第二章计算机的组成与结构2.1 计算机的基本组成本章将介绍计算机的基本组成。

计算机由硬件和软件两部分组成，硬件包括中央处理器、存储器和输入输出设备，软件包括操作系统和应用软件。

2.2 计算机的结构计算机的结构是指计算机系统中各个组成部分之间的关系和交互方式。

在本节中，我们将介绍计算机的结构，并详细讨论计算机中各个组成部分之间的关系和通信方式。

第三章内部总线结构3.1 内部总线的概念和作用内部总线是计算机中各个组件之间进行数据传输的通道。

本章将介绍内部总线的概念和作用，并详细探讨内部总线在计算机系统中的重要性和应用。

3.2 内部总线的分类内部总线可以根据不同的分类标准进行分类。

在本节中，我们将介绍内部总线的几种常见分类方式，并讨论各种分类方式的优缺点。

3.3 内部总线的设计本节将介绍内部总线的设计原理和方法。

我们将讨论内部总线的带宽、传输速率、传输方式等设计参数，并详细介绍内部总线的设计流程和方法。

专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：电话：邮件：完成日期：2023计算机组成原理·实验报告·课程实验报告目录1 存储系统实验 (2)1.1汉字字库存储芯片扩展实验 (2)1.2MIPS寄存器文件设计 (8)1.3MIPS RAM设计 (12)1.4全相联C ACHE设计 (18)1.5直接相联C ACHE设计 (27)1.6组相联C ACHE设计（2路和4路组相连） (33)2 CPU设计实验 (42)2.1MIPS指令译码器设计 (42)2.2定长指令周期---时序发生器设计 (46)2.3硬布线控制器组合逻辑单元 (52)2.4定长指令周期---硬布线控制器设计&单总线CPU设计 (57)3 总结与心得 (61)3.1实验总结 (61)3.2实验心得 (61)参考文献........................................................................ 错误!未定义书签。

1 存储系统实验1.1 汉字字库存储芯片扩展实验1.1.1 设计要求现有如下ROM 组件，4片4K*32位ROM ，7片16K*32位ROM，请在Logisim 平台构建GB2312汉字编码的16K*16点阵汉字字库，电路输入为汉字区号和位号，电路输出为8×32位（16K*16=256位点阵信息），待完成的字库电路输入输出引脚见后图，具体参见工程文件中的storage.circ 文件，图中左侧是输入引脚，分别对应汉字区位码的区号和位号，中间区域为8个32位的输出引脚，可一次性提供一个汉字的256位点阵显示信息，右侧是实际显示区域，用于观测汉字显示是否正常。

汉字字库本质上是利用区号和位号进行检索的字形码存储器，要显示一个汉字华，我们需要用到16位*16位的点阵信息，也就是256位信息进行数据显示，那么汉字字库的存储位宽就应该是256位，但Logisim中由于ROM最大的数据位宽只有32位，要一次提供256位的字信息是无法用单片的ROM解决的，我们需要使用多个ROM 组件进行位扩展来达到这样一个设计的目的。

计算机存储器的层次结构与功能计算机存储器是计算机中非常重要的组成部分之一，负责存储和提供数据和指令。

存储器的设计涉及到不同层次的结构和功能，这些层次相互协作，共同完成数据的存储和访问任务。

本文将就计算机存储器的层次结构与功能展开讨论。

一、存储器的层次结构计算机存储器的层次结构是按照访问速度和容量大小进行划分的，分为CPU寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器四个层次。

1. CPU寄存器CPU寄存器是存储在CPU内部的最快速的存储器，用于保存CPU 当前执行的指令和数据。

由于寄存器靠近CPU，其访问速度极快，但容量非常有限，通常只能存储少量的数据。

寄存器不需要通过地址来访问，而是通过寄存器名直接访问。

2. 高速缓存高速缓存（Cache）是位于CPU和主存储器之间的一层存储器，用于解决CPU和主存储器之间速度不匹配的问题。

高速缓存采用了局部性原理，将CPU频繁访问的数据和指令缓存到离CPU更近的位置，以减少访问主存储器的次数，从而提高系统的性能。

3. 主存储器主存储器（Main Memory）是计算机中存储数据和程序的主要设备，是CPU进行读写操作的对象。

主存储器的容量较大，但速度相对较慢。

主存储器通常采用随机访问存储器（RAM）技术实现，它能够以任意顺序访问存储的数据，并且具有易失性的特点，即断电后数据会丢失。

4. 辅助存储器辅助存储器（Auxiliary Storage）是计算机中容量最大、速度最慢、价格最便宜的存储器。

辅助存储器主要用于长期存储数据和程序，常见的辅助存储设备包括硬盘、光盘和磁带等。

辅助存储器具有持久性（永久存储）、高容量和低造价的特点，但访问速度较慢。

二、不同层次存储器的功能不同层次的存储器在计算机系统中发挥着不同的角色，具有不同的功能。

1. CPU寄存器的功能CPU寄存器主要用于存储指令和数据，并进行快速的读写操作。

它的容量非常有限，但速度非常快，能够满足CPU对数据和指令的高速访问需求。

电子数字系统设计电子数字系统设计是指通过使用数字电路和计算机技术，来设计和实现各种电子系统的过程。

这些电子系统可以是计算机、通信设备、嵌入式系统等。

本文将介绍电子数字系统设计的基本原理和步骤，以及应用领域和设计过程中需要注意的问题。

一、电子数字系统设计的基本原理电子数字系统设计基于数字电路和计算机技术，通过使用数字信号处理、逻辑门电路和存储器等组件来实现各种功能。

它的基本原理包括以下几个方面：1. 逻辑门电路：逻辑门电路是电子数字系统设计中的基础组件，它包括与门、或门、非门等。

通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑功能，如与、或、非、与非、或非等。

2. 编码器和解码器：编码器和解码器是将模拟信号转换为数字信号或者将数字信号转换为模拟信号的关键组件。

在电子数字系统设计中，编码器和解码器用于数据的编码和解码，以及信号的传输和接收。

3. 存储器：存储器是电子数字系统设计中的重要组件，用于存储和读取数据。

存储器可以是寄存器、RAM、ROM等，通过存储器，系统可以实现数据的存储和传输。

4. 数字信号处理：数字信号处理是电子数字系统设计中的核心技术之一，它包括数字滤波、数字调制解调、数字编解码等。

通过数字信号处理，可以对信号进行增强、调节和转换，以实现系统的功能。

二、电子数字系统设计的步骤电子数字系统设计包括以下几个步骤：1. 确定需求：在设计电子数字系统之前，需要明确系统的需求和功能。

确定系统的输入输出要求、数据处理要求和实时性要求。

2. 概要设计：根据系统的需求，进行概要设计。

确定系统的整体框架、硬件平台和软件平台。

3. 详细设计：在概要设计的基础上，进行详细设计。

包括各个模块的设计和实现，以及模块之间的连接和通信。

4. 实现与测试：根据详细设计的结果，进行系统的实现和测试。

包括硬件的制造和软件的编写，以及对系统的功能和性能进行测试。

5. 优化和改进：在实现和测试的过程中，根据系统的实际需求和性能要求，对系统进行优化和改进。

基于 STM32嵌入式多路数据采集存储系统的设计2.北京卫星导航中心,北京, 100094摘要针对多路信号采集，提出了一种嵌入式数据采集存储系统，该系统基于STM32微处理器和MDK KEIL软件开发平台设计。

详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。

最后，通过两路电压数据采集存储分析试验，验证本系统的正确性和可靠性。

关键词嵌入式；STM32；多路数据采集；MDK中图分类号：P715.2 文献标识码：A0引言随着现代科学技术的不断发展，人们对多路数据采集存储技术的要求越来越高。

传统的基于单片机或工控机PLC的数据采集技术，因采集精度低、设计复杂等缺点，很难满足人们的要求。

将嵌入式引入采集技术中能够解决上述存在的问题[1]。

STM32微处理器作为成熟的ARM嵌入式芯片，有着丰富的外围接口、较高的处理速度以及较低的价格，在嵌入式技术领域有着广泛的应用[2]。

本文阐述基于STM32的多路数据采集存储系统的设计方法，希望提出一套具有一定借鉴意义的通用的开发方案。

1系统组成本系统主要由微处理器、多路数据采集模块、存储模块、电源模块、下载模块、时钟模块以及复位模块组成。

微处理器是本系统核心，控制整个系统的工作流程，包括启动和暂停数据采集存储、读写存储器等；多路数据采集模块对外部输入的信号进行数据采集；存储模块对采集得到的数据进行实时存储；本系统电源输入为12V电压，通过电源模块转换后可为系统各个模块提供5V、3.3V的标准电压；下载模块为本系统提供软件程序下载接口；时钟模块采用8MHz的高速外部晶振和32.768的低速外部晶振，通过倍频分频的方式，为处理器各个部分提供相应时钟；复位模块采用按键复位设计，为整个系统提供硬件复位功能。

系统组成如图1所示。

图1 系统组成示意图Fig. 1 Schematic diagram of composition of system2系统硬件设计2.1微处理器作为本系统核心，微处理器控制着整个系统的工作，包括启动和暂停数据采集存储、读写存储器等。

单⽚微机原理系统设计与应⽤课后部分习题答案第⼆章 MCS-51单⽚机硬件结构2-5. 8051单⽚机堆栈可以设置在什么地⽅？如何实现？答：8051单⽚机堆栈可以设置在内部RAM中。

当系统复位时，堆栈指针地址为07H，只要改变堆栈指针SP的值，使其为内部RAM中地址量，就可以灵活的将堆栈设置在内部RAM中。

2-16. 8051单⽚机内部数据存储器可以分为⼏个不同的区域？各有什么特点？2-21.复位后，CPU内部RAM各单元内容是否被清除？CPU使⽤的是哪⼀组⼯作寄存器？它们的地址是什么？如何选择确定和改变当前⼯作寄存器组？答：复位并不清除CPU内部RAM单元中内容，掉电会清除内部RAM 中内容。

复位以后因为PSW=00H，所以选择⼯作寄存器0区，所占地址空间为00H-07H。

⼯作寄存器组可以查询PSW中的RS1(PSW.4)和RS0(PSW.3)来确定，改变当前RS1和RS0的值即可改变当前⼯作寄存器组。

2-22.指出复位后⼯作寄存器组R0-R7的物理地址，若希望快速保护当前⼯作寄存器组，应采取什么措施？答：复位⼯作寄存器组R0-R7的物理地址为00H-07H。

如希望快速保护当前⼯作寄存器组，可以通过改变PSW中RS1(PSW.4)和RS0(PSW.3)的当前值来完成。

第三章 MCS-51指令系统3-6.设系统晶振为12MHz，阅读下列程序，分析其功能，并⼈⼯汇编成机器代码。

答：因为AJMP指令必须有PC指针地址，所以本题解题时设程序开始地址为1000H。

本程序完成功能是使P1.0⼝输出⽅波：T=2*((3*250+2+2)*10+1+2+2)=15090us=15.09ms翻译成机器语⾔的难点在于AJMP⼀句，根据AJMP指令代码可知，该指令为2个字节，⾼8为字节构成为“A10A9A800001”，低8位字节构成为“A7-A0”。

⼜有设置了程序起始地址为1000H，很容易可以写出各指令的地址，AJMP的绝对转移⽬标地址为1002H，A10=0、A9=0、A8=0，所以机器代码为“01 02”，⽬标地址在2区，因为A15-A11为“00010”。

存储系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握存储系统的基本概念、分类及工作原理；2. 使学生了解不同类型存储设备的特点、性能指标及使用场景；3. 引导学生掌握存储系统的层次结构，理解缓存、内存、外存之间的关系。

技能目标：1. 培养学生运用存储系统知识分析实际问题的能力；2. 提高学生设计简单存储系统方案的能力；3. 培养学生通过查阅资料、开展讨论等方式，解决存储系统相关问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对计算机硬件及存储系统领域的兴趣，培养其探索精神；2. 培养学生良好的团队协作精神，提高沟通与表达能力；3. 引导学生关注存储技术在生活中的应用，认识到技术对社会发展的推动作用。

课程性质分析：本课程为计算机硬件基础知识的一部分，旨在帮助学生建立起对存储系统的全面认识，为后续相关课程打下基础。

学生特点分析：学生处于高年级阶段，已经具备一定的计算机硬件知识，具有较强的逻辑思维能力和问题解决能力。

教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采用启发式教学，引导学生主动探索、积极思考；3. 培养学生的团队协作能力，提高课堂互动效果。

二、教学内容1. 存储系统基本概念：存储器、存储设备、存储层次结构；2. 存储设备的分类及特点：随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、硬盘、固态硬盘、光盘等；3. 存储系统工作原理：缓存机制、内存管理、外存访问；4. 存储系统性能指标：容量、速度、功耗、可靠性；5. 存储系统层次结构：缓存、主存、辅助存储器；6. 存储系统设计原则及方法：性能优化、数据保护、能耗控制；7. 实际存储系统案例分析：计算机、服务器、移动设备等存储系统实例。

教学大纲安排：第一课时：存储系统基本概念、分类及工作原理；第二课时：存储系统性能指标、层次结构；第三课时：存储系统设计原则及方法；第四课时：实际存储系统案例分析及讨论。

教学内容与教材关联性：本教学内容与教材第四章“存储系统”密切相关，涵盖了教材中关于存储系统的基本概念、分类、工作原理、性能指标、设计原则及实例分析等内容，确保了教学内容与课本的紧密联系和系统性。

电路中的存储器设计与分析在现代电子设备中，存储器扮演着至关重要的角色。

它是电子系统中用于存储和读取数据的关键组件。

本文将讨论电路中的存储器的设计与分析，着重介绍静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）的原理、结构及其在电路设计中的应用。

一、静态随机存储器（SRAM）静态随机存储器是一种常见的存储器类型，具有快速读写速度和稳定的存储特性。

它由一组触发器电路组成，每个触发器单元可以存储一个比特的信息。

SRAM通过在触发器中存储电荷来表示逻辑值。

SRAM的基本结构包括存储单元阵列、译码器、列选择器和字译码器等。

存储单元阵列由多个触发器单元组成，每个触发器单元都由一个存储器单元和一个使能开关构成。

通过译码器和选择器的协调工作，可以选择并访问特定的存储单元。

在电路设计中，SRAM被广泛应用于高速缓存、寄存器和数据缓冲区等场景中。

由于其快速读写特性，SRAM常常被用作电子设备中临时存储数据的介质。

二、动态随机存储器（DRAM）动态随机存储器是另一种常见的存储器类型，与SRAM相比，它具有更高的存储密度和较低的成本。

DRAM的基本单元是电容器，每个单元储存一个比特的数据。

然而，由于电容器自身存在电荷泄漏问题，DRAM需要周期性地刷新来保持数据的可靠性。

DRAM的结构相对复杂，包括存储单元阵列、字线驱动电路、预充电电路和刷新电路等。

数据的读写需要经过多个阶段的处理和控制信号的驱动。

尽管DRAM在读写速度方面不如SRAM，但其较低的成本和较高的存储密度使其在大多数电子设备中得到广泛应用。

三、存储器设计与性能优化在电路设计过程中，存储器的设计和性能优化至关重要。

一方面，存储器的大小和延迟直接影响着电子设备的整体性能。

过小的存储器容量无法满足数据处理需求，而过高的存储器延迟会导致处理速度下降。

另一方面，存储器的功耗和可靠性也是设计过程中需要考虑的问题。

为了降低功耗，研究人员开发了一系列低功耗的存储器优化技术，如动态电压调整和存储器层次结构等。