存储器基本原理和接口
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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。
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。
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。
第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中,存储器是信息处理的来源与归宿,占据重要位置。
但是,在现有技术条件下,任何一种存储装置,都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面,同时满足用户的需求。
实际上它们组成了一个速度由快到慢,容量由小到大的存储装置层次。
图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache:容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问;•内存RAM:容量在若干KB、MB、GB,中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问;•磁盘高速缓存:一般设于主存中;•多种类型的磁盘:容量在数MB或数GB,低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问;由操作系统协调这些存储器的使用。
二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户;提高主存储器的使用效率,使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。
(注意CPU和主存储器,这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能:•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址,虚地址):用户源程序经过编译/汇编、链接后,程序内每条指令、每个数据等信息,都会生成自己的地址。
●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。
这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。
2、物理地址(绝对地址,实地址):是一个实际内存(字节)单元的编址。
●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间,它是从0开始的、是一维的;●将用户程序被装进内存,一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。
四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时,通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的,需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射;例如指令LOAD L,2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。
/999/18686.aspx存储器接口电路分析寻址原理以S3C2410为例,内核提供了32位的地址总线,理论上可以寻址的空间为4GB,但实际留给外部可寻址的空间只有1GB,也就是0X00000000~0X3fffffff,总共应该有30根地址线(230)引出来。
在这1GB的空间,2410处理器又根据所支持的设备的特点将它分为了8份,每份空间有128MB,这每一份的空间又称为一个BANK(图1)。
其中6个用于ROM、SRAM 等存储器,2个用于ROM、SRAM、SDRAM等存储器。
当2410对外寻址时,采用了部分译码的方式,即低位地址线用于外围存储器的片内寻址,而高位地址线用于外围存储器的片外寻址。
对于系统要访问的任意外部地址,2410可以方便地利用内部地址总线的高3位ADDR[29:27]来选择该地址属于哪一个存储器组(Bank),从而激活相应的Bank选择信号(nGCSx)。
这8个片选信号可以看作是2410处理器内部30根地址线的最高三位所做的地址译码的结果。
正因为这3根地址线所代表的地址信息已经由8个片选信号(nGCS7~nGCS0)来传递了,因此2410处理器最后输出的实际地址线就只有A26~A0。
Bank的内部寻址由外部地址总线A[26:0]来实现,寻址范围为128M(227),从而使得其外围地址访问空间为1GB(128MB×8)。
S3C2410正是通过这种机制来完成外部地址空间的寻址全过程。
图1 处理器存储空间每个Bank的特性细节请参考数据手册。
外接的存储芯片一般包括Nor Flash,,NAND FLASH和SDRAM,下面分别介绍。
Nor Flash它的接口与RAM完全相同,可以像其他存储器那样连接(与传统的8051外扩ROM 类似),可在上面直接运行代码。
它的特点是存取动作简单,缺点是它受地址线的限制,即n条地址线,所能寻址的空间就是2的n次方个单元,所以通常容量较小。
计算机原理-存储器和I/O设备和总线前言前一篇文章介绍了冯诺依曼体系结构的计算机的基本工作原理,其中主要介绍了CPU的结构和工作原理。
这一篇主要来介绍存储区,总线,以及IO设备等其他几大组件,来了解整个计算机是如何工作的。
这些东西都是看得见摸得着的硬件,平时我们买电脑时最关注的就是CPU的速度,内存的大小,主板芯片等等的参数。
1. 存储器前面我们以一个简单通用的计算机模型来介绍了CPU的工作方式,CPU执行指令,而存储器为CPU提供指令和数据。
在这个简单的模型中,存储器是一个线性的字节数组。
CPU可以在一个常数的时间内访问每个存储器的位置,虽然这个模型是有效的,但是并不能完全反应现代计算机实际的工作方式。
1.1 存储器系统层次结构在前面介绍中,我们一直把存储器等同于了内存,但是实际上在现代计算机中,存储器系统是一个具有不同容量,不同访问速度的存储设备的层次结构。
整个存储器系统中包括了寄存器、Cache、内部存储器、外部存储。
下图展示了一个计算机存储系统的层次图。
层次越高速度越快,但是价格越高,而层次越低,速度越慢,价格越低。
相对于CPU来说,存储器的速度是相对比较慢的。
无论CPU如何发展,速度多块,对于计算机来说CPU总是一个稀缺的资源,所以我们应该最大程度的去利用CPU。
其面我们提到过CPU周期,一个CPU周期是取1条指令的最短的时间。
由此可见,CPU周期在很大程度上决定了计算机的整体性能。
你想想如果当CPU去取一条指令需要2s,而执行一个指令只需要2ms,对于计算机来说性能是多么大的损失。
所以存储器的速度对于计算机的速度影响是很大的。
对于我们来说,总是希望存储器的速度能和CPU一样或尽量的块,这样一个CPU周期需要的时钟周期就越少。
但是现实是,这样的计算机可能相当的昂贵。
所以在计算机的存储系统中,采用了一种分层的结构。
速度越快的存储器容量越小,这样就能做到在性能和格之间的一个很好的平衡。
价1.2 存储技术计算机的发展离不开存储器的发展,早起的计算机没用硬盘,只有几千字节的RAM可用。
微机原理与接口技术知识点总结一、微机原理1.微机系统的组成:微处理器,存储器,输入输出设备和系统总线。
2.微处理器:CPU(中央处理单元),是微机中控制和数据处理的核心部件。
3.存储器:用于存储程序和数据的器件,分为只读存储器(ROM),随机存取存储器(RAM)。
4.输入设备:键盘,鼠标等,用于接收操作者的命令。
5.输出设备:显示器,打印机等,用于展示和输出处理结果。
二、接口技术1.接口技术是连接微机与外部设备的技术,其作用是实现微机与外部设备之间的信息交换和控制。
2.接口技术主要包括接口电路、接口程序和相关接口协议等方面的内容。
三、常用总线1.数据总线:用于在微处理器与其它器件之间传输数据,其宽度决定了微处理器一次能处理的最大数据位数。
2.地址总线:用于传输微处理器发出的地址信息,其宽度决定了微处理器能够寻址的最大地址范围。
3.控制总线:用于传达微处理器和其他部件之间的控制信号,如读写、中断等。
四、中断技术及其应用1.中断技术是微处理器处理紧急事件的一种技术,通过改变程序执行顺序,使微处理器处理外部设备产生的异常情况。
2.中断种类:硬件中断,软件中断。
3.中断处理过程:中断请求,中断响应,中断处理程序执行,中断返回。
五、微处理器指令系统1.微处理器的指令系统是指微处理器可以执行的指令集,包括数据传输指令、算术逻辑指令、程序控制指令等。
2.指令执行过程:取指令、分析指令、执行指令。
3.指令周期:取指周期、分析周期、执行周期。
六、存储器及其访问方式1.存储器:用于存储程序和数据的器件,分为只读存储器(ROM),随机存取存储器(RAM)。
2.存储器访问方式:按地址访问,按内容访问。
3.存储器的分类:主存储器,辅助存储器,外存储器。
4.存储器扩展技术:使存储器的地址空间与数据空间保持一致,实现存储器的扩展。
七、输入输出设备及其接口技术1.输入设备:键盘,鼠标等,用于接收操作者的命令。
2.输出设备:显示器,打印机等,用于展示和输出处理结果。
xilinx的fpga读取flash的原理一、概述Xilinx的FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,广泛应用于工业和消费电子领域。
Flash存储器是FPGA 的一种重要外部存储设备,用于存储FPGA的配置信息和其他需要长期保存的数据。
本文将介绍Xilinx的FPGA读取Flash的原理,包括Flash存储器的基本原理、FPGA与Flash的接口设计、数据传输方式以及读取Flash的控制逻辑。
二、Flash存储器原理Flash存储器是一种非易失性存储器,可以像硬盘一样进行写入和擦除操作。
它主要由存储单元和外围电路组成,存储单元通常采用浮栅晶体管结构。
写入操作时,Flash通过把掺杂剂注入到浮栅中来改变浮栅电导率,从而实现电荷的存储。
擦除操作时,通过改变浮栅的电场强度来移除注入到浮栅中的电荷,从而恢复到原始状态。
读取操作时,通过测量电荷的变化来确定存储单元的值。
三、FPGA与Flash接口设计FPGA与Flash之间的接口设计是实现数据传输和控制的关键。
Xilinx的FPGA通常采用AXI-Stream接口与外部设备进行数据传输。
AXI-Stream接口是一种通用的、基于流的接口,适用于高性能数据传输。
FPGA与Flash之间的接口通常包括以下部分:1. 物理层:包括总线协议和物理连接方式,如PCIe、USB、SPI 等。
2. 数据层:用于传输数据和控制信号,包括地址、读写控制信号和数据信号。
3. 控制层:用于实现数据的读取、写入和擦除操作,包括命令、状态机和中断信号。
四、数据传输方式FPGA读取Flash的数据传输方式通常采用AXI-Stream流接口进行数据传输。
FPGA通过发送AXI-Stream控制指令来控制Flash的数据传输,包括数据的起始地址、传输速率和传输周期等。
Flash则根据FPGA的控制指令进行数据的读取和传输。
在数据传输过程中,FPGA和Flash之间需要进行时钟同步和数据校验,以确保数据传输的准确性和完整性。