ch5 存储器与IO接口原理

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只读存储器（ROM）
Read Only Memory
优点：电路结构简单，断电后数据不丢失，具
有非易失性。
缺点：只适用于存储固定数据的场合。
电 路 结 构
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随机存储器（RAM)
Random Access . Memory . . 优点：读、写方便,使用灵活。 缺点：一旦停电所存储的数据将随之丢失（易
WE
¡
WE OE 2 K¡ b Á8 I/O7 ¡
A0
¡ A10 CE
WE OE 2 K¡ b Á8 I/O7
A0
¡ A10 CE
WE OE 2 K¡ b Á8 I/O7
A0
¡ A10 CE
WE OE 2 K¡ b Á8 I/O7
A0
¡ A10 CE
I/O0
I/O0 ¡
I/O0 ¡
I/O0 ¡
¡
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存储器分类
内存（RAM+ROM）： 软盘：普通1.44M+可移动100MB 磁盘 硬盘：几十GB
存 储 器 外存 高、 抗干扰强、性价比高 （1.3GB~几个GB，今后目标1TB） u盘（基于USB接口的电子盘）
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光盘
CD-R、CD-R/W可擦写光盘 (650MB左右） 磁光盘MO：高密度、大容量、快速、 “无限次”擦写、寿命长、可靠性
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NAND Flash简介
1）以页为单位进行读和编程操作，以块为单位 进行擦除操作。 2）数据、地址采用同一总线。实现串行读取。 随机读取速度慢且不能按字节随机编程。 3）芯片尺寸小、引脚少，是位成本最低的固态 存储器。 4）芯片包含有失效块。失效块不会影响有效块 的性能，但设计者需要将失效块在地址映像表 中屏蔽起来。
3、DRAM：动态随机存储器
1）SRAM读/写速度比DRAM读/写速度快； 2）SRAM比DRAM功耗大； 3）DRAM的集成度可以做得更大，则其存储器容量更 大； 4）DRAM需要周期性的刷新，而SRAM不需要
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静态RAM的结构
A0 A1 A2 A3 A4 地 址 反 相 器 X 译 码 器
…
A0 … A0 A9
R/ W C S
… A0 A9 R AM 1 K×4 b
1 K×4 b
R AM
I/O3 I/O2 I/O1 I/O0 D7
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I/O3 I/O2 I/O1 I/O0 D3 D2 D1 D0
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D6
D5
D4
字扩展：
A12 Òë Âë Æ÷
Y0 Y1 Y2 Y3
A11 A9 A0 OE

主存储器的分类
按存储 功能分
只读存储器（ROM）
随机存储器（RAM）
按制造 工艺分
双极性 MOS型

主存储器的分类
掩膜型ROM
可编程ROM（PROM） 半 导 体 存 储 器 ROM 电可擦除可编程ROM（EEPROM） 紫外线可擦除可编程ROM（EPROM）
闪速存储器（Flash Memory）
地址选中某一存储单元的方法和读出时相同，不过这时 CS=0，OE=1，WE=0，打开左边的三态门，从D7～D0端输入的数 据经三态门和输入数据控制电路送到I/O电路，从而写到存储 单元的8个存储位中。
2）写入：

3） 当没有读写操作时，CS=1，即片选处于无效状态，输入输 出三态门至高阻状态，从而使存储器芯片与系统总线“脱离”
1 2 31 32
驱 动 器
1 2 31 32
32×32＝1024 存储单元
1﹍﹍﹍﹍32
I/O电路 Y译码器 输入 控制 电路
1 2 31 32
输出 驱动
输出
地址反相器 读/写 CS A5 A6 A7 A8 A9
由存储矩阵，地址译码器，控制逻辑和三态数据缓冲器组成。
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典型SRAM芯片
访 问 速 度
快
④辅助存储器;
大
辅助存储器 FALSH ROM 磁盘
慢
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存储系统的层次结构

越靠近CPU的存 储器速度越快而 容量越小
CPU Cache 内存储器 主存储器
辅助存储器 外存储器
大容量存储器
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5.1.2 SRAM和DRAM
1、RAM：随机存取存储器 2、SRAM：静态随机存储器
嵌入式系统原理与应用技术
袁志勇 王景存 章登义 刘树波
北京: 北京航空航天大学出版社, 2009.11 PPT教学课件
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第5章 存储器与I/O接口原理
5.1 5.2 5.3 5.4
存储器概述 存储系统机制 S3C2410存储系统 S3C2410 I/O端口
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5.1 存储器概述
D0 D31
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SRAM与CPU接口
1）一般的CPU都具有和SRAM存储器接口相连的总线，因此连接 方法也比较简单。微处理器与随机存储器接口的信号线一般有： 2）片选信号线CE：用于选中该芯片 。 3）读/写控制信号线OE和WE：控制芯片数据引脚的传送方向。 4）地址线：用于指明读/写单元的地址。 5）数据线：双向信号线，用于数据交换。
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NOR FLASH和NAND FLASH
1）NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存 技术。 2）NOR Flash的读取速度比NAND Flash稍快一些， NAND Flash 的擦除和写入速度比NOR Flash快。 3）NOR Flash带有SRAM接口，NAND Flash器件使用 复杂的I/O口来串行的存取数据，。 4）NAND Flash结构可以在给定的尺寸内提供更高的 存储容量。 5）NAND Flash中每个块的最大擦写次数是一百万次， 而NOR Flash的擦写次数是十万次。
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动态随机存储器（SDRAM）
动态随机存储器是需要刷新存储器。
单管动态存储器是最典型 的动态随机存储器，其存储 单元的结构如图。
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SDRAM结构
自刷新逻辑 行控制器 4M 16 块3 4M 16 块2 4M 16 块1 4M 16 块0 X 译 存储单元阵列 码 Y译码 CLK CKE 行有效 控 制 逻 辑 列译码 行译码 输 入 / 输 出 门 输 入 / 输 出 逻 辑 DQ0 DQ1
WE OE
A 10
A 4
行 译 码
128×128 存储矩阵
„
„
„
A 10
CS
D 7
A 3
CS WE
控制逻辑
OE
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„
D 7 D 6 D 5 D 4 D 3
D 0
列译码
A 0
„
输入 数据
列I/O
„
„
„
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SRAM工作过程
1）读出：

地址线A10～A0送来的地址信号经译码后选中一个存储单元 (其中有8个存储位)，由CS、OE、WE构成读出逻辑(CS=0，OE=0 ，WE=1)，打开右面的8个三态门，被选中单元的8位数据经I/O 电路和三态门送到D7～D0输出。
静态RAM（SRAM） RAM 动态RAM（DRAM） 组合RAM（IRAM） 通常用于计算机的Cache 主要用于计算机的内存条 将刷新电路与DRAM集成在一起
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只读存储器分类：
掩膜ROM：出厂后内部存储的数据不能改动，只 能读出。 PROM：可编程，只能写一次。 EPROM:用紫外线擦除，擦除和编程时间较慢，次 数也不宜多。 E2PROM:电信号擦除，擦除和写入时需要加高电 压脉冲，擦、写时间仍较长。 快闪存储器(Flash Memory)：吸收了EPROM结 构简单，编程可靠的优点，又保留了E2PROM用 隧道效应擦除的快捷特性，集成度可作得很高。
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SDRAM存储器及其接口
CPU ADDR[13:1] BA DATA[15:0] SCLK nRAS[0]/nSCS[0] nCAS3/nSRAS nCAS2/nSCAS nWE nWBE[1:0]/DQM[1:0] DQM[1:0] DATA[15:0] ADDR[13:1] SYNC DRAM A[12:0] BA DQ[15:0] CLK nCS nSRAS nSCAS nWE LDQM/UDQM
1）片选信号线CE：用于选中该芯片。若CE=0时，该芯片 的数据引脚被启用；若CE=1时，该芯片的数据引脚被禁 止，对外呈高阻状态。 2）读/写控制信号线OE和WE：控制芯片数据引脚的传送方 向。若是读有效，则数据引脚的方向是向外的，CPU从其 存储单元读出数据；若是写有效，则数据引脚的方向是向 内的，CPU向其存储单元写入1数据。 3）地址线：用于指明读/写单元的地址。地址线是多根，应 与芯片内部的存储容量相匹配。 4）数据线：双向信号线，用于数据交换。数据线上的数据 传送方向由读/写控制信号线控制。
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NAND Flash结构
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NAND Flash结构
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NAND Flash操作
5.1.1 存储器基本概念 5.1.2 SRAM和DRAM 5.1.3 NOR FLASH和NAND FLASH
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5.1.1 存储器概述
存储器的一般概念和分类 按存取速度和在计算机系统中的地位存储器分为两大类： ⑴ 主存储器：速度较快，容量较小，价格较高，用于存储当前计算机 运行所需要的程序和数据，可与CPU直接交换信息，习惯上称为主存， 又称内存(内部存储器)。 ⑵ 辅存储器：速度较慢，容量较大，价格较低，用于存放计算机当前 暂时不用的程序、数据或需要永久保持的信息,辅存又称外存(外部存 储器)或海量存储器。 外存要配备专门的设备才能完成对外存的读写。通常，将外存归 入到计算机外设一类。