存储器设计
存储器电路原理与设计方法
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。
课程设计存储器设计
课程设计存储器设计一、教学目标本课程的学习目标包括：知识目标：学生需要掌握存储器的基本原理、不同类型的存储器及其特点，以及存储器的设计方法和步骤。
技能目标：学生能够运用所学的知识，分析和设计简单的存储器电路，并能够使用相关工具进行仿真和测试。
情感态度价值观目标：通过学习存储器设计，培养学生的创新意识和团队合作精神，提高他们对电子技术的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括：1.存储器的基本原理：介绍存储器的工作原理、存储单元的结构和存储器的主要性能指标。
2.不同类型的存储器及其特点：讲解随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存等不同类型存储器的原理和应用。
3.存储器的设计方法和步骤：介绍存储器的设计流程，包括需求分析、逻辑设计、物理设计等步骤。
4.存储器电路的仿真和测试：使用相关工具进行存储器电路的仿真和测试，验证设计的正确性和性能。
三、教学方法本课程的教学方法包括：1.讲授法：通过讲解存储器的基本原理、不同类型的存储器及其特点，以及存储器的设计方法和步骤，传授给学生相关的知识。
2.讨论法：通过小组讨论，引导学生思考和探索存储器设计的难点和问题，培养他们的创新思维和解决问题的能力。
3.案例分析法：通过分析具体的存储器设计案例，让学生了解和掌握存储器设计的实际应用。
4.实验法：通过实验室的实践操作，让学生亲手设计和测试存储器电路，提高他们的实际操作能力和实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用合适的教材，提供全面、系统的存储器设计知识。
2.参考书：提供相关的参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作课件、演示文稿等多媒体资料，生动形象地展示存储器的设计原理和过程。
4.实验设备：提供实验室设备和工具，供学生进行存储器电路的设计和测试。
五、教学评估本课程的评估方式包括：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置相关的作业，评估学生的理解和应用能力，包括设计存储器电路的练习和报告。
存储器设计
存储器设计(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--*************课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：存储器设计院（系）：***********专业：***********班级：***********学号：***********姓名：***********指导教师：***********完成日期：***********目录第1章总体设计方案 ................................................................ 错误!未定义书签。
设计原理....................................................................................... 错误!未定义书签。
设计思路....................................................................................... 错误!未定义书签。
设计环境........................................................................................ 错误!未定义书签。
第2章详细设计方案 ................................................................ 错误!未定义书签。
顶层方案图的设计与实现 .......................................................... 错误!未定义书签。
创建顶层图形设计文件 ............................................................ 错误!未定义书签。
存储器与寄存器设计
存储器与寄存器设计1. 导言在计算机系统中，存储器和寄存器是两个重要的组成部分。
存储器用于存储数据和指令，而寄存器则用于临时存放和处理数据。
本文将重点论述存储器和寄存器的设计原则和方法。
2. 存储器设计存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的设备。
其设计需要考虑容量、速度、稳定性和可靠性等因素。
2.1 存储器类型常见的存储器类型包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存等。
在设计存储器时，需要根据应用需求选择合适的类型。
2.2 存储器组织结构存储器的组织结构分为层次式结构和平坦式结构。
层次式结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，其中高速缓存用于提高读写速度。
平坦式结构指主存储器和辅助存储器直接相连，适用于较小规模的系统。
2.3 存储器管理存储器管理是指对存储器进行分配和回收等操作。
常用的存储器管理方式有静态存储器管理和动态存储器管理。
静态存储器管理通过编译器确定存储器的分配和回收时机，而动态存储器管理由操作系统负责管理。
3. 寄存器设计寄存器是计算机系统中用于临时存放和处理数据的设备。
其设计需要考虑存储容量、读写速度和位宽等因素。
3.1 寄存器的种类常见的寄存器种类包括通用寄存器、特定用途寄存器和状态寄存器等。
通用寄存器用于存放临时数据，特定用途寄存器用于特定计算操作，状态寄存器用于存放处理器的状态信息。
3.2 寄存器位宽寄存器的位宽决定了其可以存储的最大数据量。
在设计寄存器时，需要根据计算需求选择合适的位宽，以提高计算效率。
3.3 寄存器读写速度寄存器的读写速度对计算机系统的性能有重要影响。
为提高读写速度，可采用并行读写、预取和流水线等技术。
4. 存储器与寄存器协同设计存储器和寄存器在计算机系统中紧密配合，提供高效的数据存储和处理能力。
在存储器和寄存器的设计过程中，需要考虑它们的互联和数据传输等问题。
4.1 存储器与寄存器的接口存储器和寄存器通过总线进行数据传输。
在设计存储器与寄存器的接口时，需要考虑数据传输的稳定性和速度。
单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略
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
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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计算机辅助存储器的设计与作用
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。
存储器的课程设计
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。
存储器设计课程设计
存储器设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握存储器设计的基本原理和方法，包括存储器的分类、工作原理、性能评价和设计流程。
学生应能够理解并分析不同类型的存储器，如RAM、ROM、Cache等，并掌握存储器层次结构的设计和优化方法。
此外，学生还应具备一定的实验技能，能够进行存储器设计的仿真和测试。
通过本课程的学习，学生应能够将所学的知识和技能应用于实际的存储器设计项目中，提高解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括存储器的基本概念、存储器层次结构、存储器设计方法和实验技能。
具体包括：1.存储器的基本概念：介绍存储器的定义、分类和性能指标，如容量、速度、功耗等。
2.存储器层次结构：讲解存储器层次结构的原理和设计方法，包括单级存储器、多级存储器和虚拟存储器。
3.存储器设计方法：详细介绍存储器的设计流程，包括存储单元设计、存储器阵列设计和读写电路设计。
4.实验技能：通过实际操作，使学生掌握存储器设计的仿真和测试方法，提高实验技能。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握存储器设计的基本原理和方法。
2.讨论法：学生进行小组讨论，引导学生主动思考和探索存储器设计的问题。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解存储器设计的应用场景和挑战。
4.实验法：让学生亲自动手进行存储器设计的仿真和测试，提高实验技能和实际问题解决能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将准备以下教学资源：1.教材：选用合适的教材，如《存储器设计》等，为学生提供系统的学习材料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，如《计算机组成与设计》等，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，丰富学生的学习体验。
4.实验设备：准备存储器设计的实验设备，如FPGA开发板、仿真器等，为学生提供实际操作的机会。
如何设计一个简单的存储器电路
如何设计一个简单的存储器电路在现代电子设备中，存储器电路是非常重要的组成部分。
无论是计算机、手机还是其他电子产品，都需要存储器来存储和读取数据。
设计一个简单且高效的存储器电路可以提供更好的数据存取体验。
本文将介绍如何设计一个简单的存储器电路，并提供一种常见的存储器电路设计方案。
一、存储器电路的基本原理存储器电路的基本原理是使用电子元件来存储和读取数据。
最常用的存储器类型是基于触发器的存储器，其中最简单的是RS触发器。
RS触发器由两个互锁的反馈环路组成，可以存储一个比特的数据。
当输入信号改变时，RS触发器可以切换其输出状态。
这种触发器的状态由电压的高低表示，通常用1和0来表示。
二、简单存储器电路的设计设计一个简单的存储器电路需要考虑以下几个方面：数据存储、数据读取、地址编码和写入控制。
下面将分别介绍这些方面的设计。
1. 数据存储数据存储是存储器电路的核心功能。
为了实现有效的数据存储，可以使用多个RS触发器以构建更高级别的存储器单元。
例如，可以使用四个RS触发器构建一个四位的存储单元，可以存储16个不同的状态。
通过将多个存储单元连接在一起，可以实现更大的存储容量。
2. 数据读取为了实现数据的读取，需要添加读取电路。
读取电路接收地址信号，并根据地址信号选择相应的存储单元。
选择的存储单元中的数据会输出到数据读取线上。
例如，可以使用简单的多路选择器来实现地址和数据的对应关系。
3. 地址编码在存储器中，地址用来指定要读取或写入的存储单元。
为了实现地址信号和存储单元之间的映射关系，需要进行地址编码。
最简单的地址编码器是2-to-4编码器，可以将两位地址信号转换为四个选择线。
具体的编码方案取决于存储器的大小和设计要求。
4. 写入控制写入控制是指控制存储器何时接收新的数据。
通常，写入控制信号由外部电路控制，并通过写使能线与存储器电路相连。
写入控制可以是同步的或异步的，具体取决于设计要求。
三、存储器电路的优化和扩展在设计简单的存储器电路时，可以通过一些优化和扩展来提高性能和容量。
电路基础原理电路中的存储器与寄存器设计
电路基础原理电路中的存储器与寄存器设计在电子技术的领域中，存储器和寄存器是非常重要的组成部分。
它们在数字电路中扮演着存储和传输数据的关键角色。
本文将从基础原理的角度探讨存储器和寄存器的设计。
一、存储器的基本原理存储器是用于存储和检索数据的电子设备。
在数字电路中，存储器通常由一组电子元件（如触发器）组成，能够以二进制的形式存储数据。
最常用的存储器类型是随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种易失性存储器，它能够在电源关闭之前保存数据。
它的存储单元通常由触发器和传输门组成。
在写入操作时，信号会从输入线传输到存储单元的触发器中，从而改变存储器中的位。
读取操作则反过来，数据从存储单元的触发器传输到输出线。
ROM是一种非易失性存储器，它的内容在电源关闭之后依然可以保持。
ROM的存储单元通常由门电路组成，它们的输出端连接到输出线上。
在制作ROM时，门电路的连接方式和逻辑函数被预先编程，因此只能读取而不能写入。
二、寄存器的设计原理寄存器是一种特殊类型的存储器，用于存储和传输数据。
它由多个触发器组成，每个触发器能够存储一个位的数据。
寄存器通常用于临时存储中间结果或控制信号。
常用的寄存器类型有移位寄存器和计数器。
移位寄存器用于数据的移位操作，可以将数据向左或向右移动一位或多位。
它的存储单元通过连接多个触发器来实现。
计数器则是一种特殊的寄存器，用于计数和存储数字。
它可以按照预定的顺序递增或递减。
计数器通常由多个触发器和逻辑门组成。
在递增模式下，每次时钟信号触发时，计数器的值会增加一个固定的数值。
三、存储器与寄存器的设计要考虑的因素在设计存储器和寄存器时，需要考虑以下几个因素：1. 存储容量：存储器和寄存器的容量应根据需求来确定。
容量过小可能无法存储足够的数据，容量过大则会占用更多的资源。
2. 读写速度：存储器和寄存器的读写速度对于整个系统的性能影响很大。
较高的读写速度能够提供更快的数据处理能力。
存储器的课程设计
存储器的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解存储器的基本概念，掌握存储器的种类、工作原理及其在计算机系统中的作用；2. 学会使用不同的存储单位进行数据存储，并能进行相应的换算；3. 掌握存储器层次结构，了解不同层次存储器的性能特点。
技能目标：1. 培养学生运用存储器知识解决实际问题的能力，例如进行数据存储和读取操作；2. 提高学生分析存储器性能、选择合适存储器的能力；3. 培养学生通过查阅资料、合作学习等方式获取存储器相关知识的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机存储器技术的兴趣和热情，激发他们探索计算机科学的欲望；2. 培养学生良好的团队合作意识，学会在团队中分享知识、互相学习；3. 增强学生的信息素养，使他们认识到存储器在信息技术发展中的重要性。
课程性质：本课程属于计算机科学领域，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生处于高年级阶段，已具备一定的计算机基础知识，对存储器有一定了解，但尚未深入学习。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，通过实例分析、课堂讨论等形式，引导学生深入理解存储器相关知识，培养其解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度价值观培养，提高他们的综合素质。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 存储器概述：介绍存储器的定义、分类、作用及其发展历程，对应教材第一章内容；- 内存储器与外存储器；- 存储器的主要性能指标。
2. 存储器的工作原理：讲解存储器的工作原理，包括存储单元、存储器芯片等，对应教材第二章内容；- 存储单元的构成与工作原理；- 存储器芯片的结构与功能。
3. 存储器层次结构：阐述存储器层次结构的概念，介绍各级存储器的特点，对应教材第三章内容；- Cache存储器；- 主存储器；- 辅助存储器。
4. 存储器容量与地址编码：讲解存储器容量的计算方法，地址编码的表示方式，对应教材第四章内容；- 存储器容量的计算；- 地址编码的表示与转换。
存储器系统设计
ALE
CE
OE
A0~A7 A8~A14 62256 D0~D7
CE
OE
G 373 1D~8D 8
P0
PSEN
WR
RD
系统的EPROM(27256)0000~7FFFH(管理仿真系统的程序)，系统的仿 真ROM和数据存储器为8000~FFFFH。当执行系统的管理程序时， 27256有效（尽管有效 PSEN ，但地址不对），62256无效，当执行自己 编的仿真程序时，系统转向62256中执行你输入的程序，当遇到MOVX
ALE
8
2764
2764
2764
P0
PSEN
P2.6 0 0 1 P2.5 0 1 0 /Y0 /Y1 /Y2 0 1 1 0000-1FFFH (8000H-9FFFH) 括号内 1 0 1 2000-3FFFH(A000H-BFFFH) 为重叠 1 1 0 4000-5FFFFH(C000H-DFFFH) 区！
74LS138的真值表
输出有效时，只有一个为低电平，其余为高电平，故用其来接被选的芯片时， 只有一个被选中。保持芯片之间地址的不重叠。（74LS139的介绍见书P158）
5.2.3 程序存储器扩展设计
(1)扩展16KB EPROM(线选法用单片机地址总线高位地址作为选择某 一存贮器的片选信号)。
;将最后一个字节数据取出 ;原始数据比较，陷入死循环！ ;最高位不同，再查！
地址 输出
指令 输入
PCL 输出
指令 输入
PCL 输出
P2口输出程序存储器的高8位地址PCH(A15~A8)，具有锁存功能。 P0口地址/数据复用线，在ALE上升为高电平时，P0口输出程序存储 器的低8位地址(A7~A0)，在ALE的下降沿，把A7~A0锁存到外部地 址锁存器中，得到地址信号，接着，P0口由输出变为输入，高8位地 址不变(低8位已锁存)，故已选定外部ROM的某一个地址，随即 PSEN 低电平有效，外部ROM通，对应地址单元中的指令字节出现在数据 总线上供CPU读取。
存储器设计课程设计
存储器设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解存储器的基本概念，掌握存储器的层次结构及其工作原理。
2. 学生能够描述不同类型的存储器（如RAM、ROM、硬盘等）的特点及应用场景。
3. 学生能够掌握存储器的设计方法，包括存储器单元、地址译码器和数据总线的连接方式。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的存储器电路，并分析其性能。
2. 学生能够使用相关软件工具进行存储器的设计和仿真，提高实践操作能力。
3. 学生能够通过团队合作，解决存储器设计过程中遇到的问题，培养沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到存储器在计算机系统中的重要作用，增强对硬件知识的兴趣和求知欲。
2. 学生在学习过程中，培养勇于尝试、善于思考、积极探索的良好学习习惯。
3. 学生能够认识到科技发展对生活的影响，激发创新意识，树立社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为计算机硬件原理与应用的实践课程，要求学生具备一定的电子电路基础知识。
2. 学生特点：学生处于高年级，已具备一定的专业知识，具有较强的自学能力和动手实践能力。
3. 教学要求：注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导他们主动探究、合作学习，提高解决问题的能力。
二、教学内容1. 存储器概述：介绍存储器的基本概念、作用、分类及其在计算机系统中的地位。
- 教材章节：第3章“存储器系统”- 内容列举：存储器的层次结构、各类存储器的特点及性能指标。
2. 存储器工作原理：讲解RAM、ROM、硬盘等存储器的工作原理及性能差异。
- 教材章节：第3章“存储器系统”- 内容列举：静态存储器、动态存储器、只读存储器、闪存、硬盘等的工作原理及性能。
3. 存储器设计方法：阐述存储器单元、地址译码器和数据总线的连接方式，以及设计存储器的基本步骤。
- 教材章节：第4章“存储器设计”- 内容列举：存储器单元设计、地址译码器设计、数据总线设计、存储器容量扩展。
存储器设计实验报告
实验一：存储器设计一、实验目的:1、掌握随机存储器RAM 的工作特性及使用方法；的工作特性及使用方法；2、掌握半导体存储器存储和读写数据的工作原理。
、掌握半导体存储器存储和读写数据的工作原理。
二、实验电路及其原理：二、实验电路及其原理：1．实验电路图．实验电路图2、设计原理、设计原理存储器就是选择RAM 地址，并对其操作存入数据，在需要时对其读取，并把数据输出到数据总线。
实验思路大致为：并把数据输出到数据总线。
实验思路大致为： ①第一个74273用来接收数据存放在RAM 里的地址，即A0A0……7。
当CPMAR 有效时数据进入芯片。
有效时数据进入芯片。
②当WE=1,RD=0时，RAM 进行写操作，接收存储在74273里的数传到地址端口，同时接收从B0B0……7输入的数据传到数据端口，把数据写到相应RAM 里。
③当WE=0。
RD=1时，RAM 进行读操作，把对应存储单元的数据传到第二个74273，通过74273传到74244芯片输出。
芯片输出。
三、实验步骤三、实验步骤1、根据实验原理在maxplus 下连接电路图，对其进行编译。
下连接电路图，对其进行编译。
2、根据实验原理设计各个输入端的波形图，对其进行仿真模拟获得输出数据，仿真波形如下图。
仿真波形如下图。
四、仿真图四、仿真图说明：RAM 在WRE=1时才工作，为方便起见WRE 置为1；74244在RAM_BUS=0时工作，为方便起见RAM_BUS 置为0。
因CPMOR 为一个周期变换一次，为了不浪费存储空间，A0为两倍的周期变换，A1为四周期变换，以此类推。
存储的数据从11H 起依次增加。
起依次增加。
五、实验总结五、实验总结通过本次实验熟练掌握MAX+PLUS 软件，并运用该软件设计存储器，了解了存储器的结构设计和工作原理，并在理解的基础上自己设计了一个简单的存储器。
在之后的波形仿真图模拟时，发现自己不能很好控制各个芯片的片选信号，不知道如何使各个芯片在合适的时间工作，在经过仔细分析后，设置了上图的波形图，保证每个存储单元都可以存到数，保证每个存储单元都可以存到数，没有刚开始的浪费现象，没有刚开始的浪费现象，没有刚开始的浪费现象，数据在各个数数据在各个数据线之间的传输也正常，存储器的数据输出为两个周期输出一次（这是因为WR 、RD 为一个周期变换一次，在两个周期后才会读有效）。
如何设计简单的计算机存储器电路
如何设计简单的计算机存储器电路计算机存储器电路是计算机中一个重要的组件，它用于存储和检索数据。
设计一个简单而高效的计算机存储器电路至关重要，本篇文章将介绍如何设计简单的计算机存储器电路。
一、了解计算机存储器概念计算机存储器是用于存储和检索数据的硬件设备。
在设计计算机存储器电路之前，我们需要了解存储器的基本概念和工作原理。
1. 存储单元：存储器由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个或多个二进制位。
常用的存储单元包括位、字节、字等。
2. 存储容量：存储器的容量决定了可以存储的数据量的大小。
常用的存储容量单位有比特、字节、千字节、兆字节等。
3. 寻址方式：计算机存储器可以通过不同的寻址方式进行访问。
常见的寻址方式包括直接寻址、间接寻址、相对寻址等。
二、设计简单的存储器电路设计简单的存储器电路需要考虑以下几个关键因素：1. 存储单元的数量和位数：首先确定存储器需要多少个存储单元，每个存储单元的位数是多少。
这取决于数据量的大小和精度需求。
2. 存储单元的编址和访问方式：根据需求确定存储单元的编址方式，包括直接编址、间接编址、相对编址等。
同时，设计存储器的读写方式，可以是同步读写或异步读写。
3. 存储器的控制电路：设计存储器的控制电路用于控制存储单元的读写操作。
控制电路包括地址译码器、读写信号产生器等。
4. 存储介质的选择：根据需求选择合适的存储介质，例如使用SRAM、DRAM、闪存等。
三、实例：设计一个简单的寻址方式为直接寻址的存储器电路为了更好地理解如何设计简单的存储器电路，我们以设计一个寻址方式为直接寻址的存储器电路为例进行说明。
1. 确定存储单元的数量和位数：假设需要设计一个具有8个存储单元的存储器电路，并且每个存储单元可以存储1个字节的数据。
2. 确定存储单元的编址方式：由于采用直接寻址方式，每个存储单元对应一个唯一的地址。
我们可以使用3个地址线来编址8个存储单元。
3. 设计存储器的控制电路：我们需要设计一个地址译码器来将输入的地址信号转换为对应的存储单元的选通信号。
存储器设计
存储器设计
• • • • • • • • • • • •
存储器按其类型主要分为只读存储器和随机存储器两 种。虽然存储器从其工艺和原理上各不相同，但有一点是 相同的，即存储器是单个存储单元的集合体，并且按照顺 序排列。其中的每一个存储单元由N位二进制位构成，表 示存放的数据的值。 由于这些特点，所以可以用VHDL的类型语句进行描 述。 1、用整数描述： TYPE mem is array(integer range<>) of integer; 2、用位矢量描述： SUBTYPE wrd IS std_logic_vector(k-1 downto 0); Type mem is array(0 to 2**w-1) of wrd;
EN为ROM的使能信号， ADDR为ROM的地址信号， CLK为ROM的时钟信号， DATA为数据信号。
图4.16 ROM的结构图
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library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity rams_21a is port (clk : in std_logic; en : in std_logic; addr : in std_logic_vector(5 downto 0); data : out std_logic_vector(19 downto 0)); end rams_21a; architecture syn of rams_21a is type rom_type is array (63 downto 0) of std_logic_vector (19 downto 0); signal ROM : rom_type:= (X"0200A", X"00300", X"08101", X"04000", X"08601", X"0233A",X"00300", X"08602", X"02310", X"0203B", X"08300", X"04002",X"08201", X"00500", X"04001", X"02500", X"00340",X"00241",X"04002", X"08300", X"08201", X"00500", X"08101", X"00602",X"04003", X"0241E", X“00301”, X"00102", X"02122", X"02021",X"00301", X"00102", X"02222", X"04001", X"00342", X"0232B",X"00900", X"00302", X"00102", X"04002", X"00900", X"08201",X"02023", X"00303", X"02433", X"00301", X"04004", X"00301",X"00102", X"02137",X"02036", X"00301", X"00102", X"02237", X"04004", X"00304", X"04040", X"02500", X"02500", X"02500",X"0030D", X"02341", X"08201", X"0400D");
电路设计中的存储器电路设计存储器电路设计的原理和应用
电路设计中的存储器电路设计存储器电路设计的原理和应用电路设计中的存储器电路设计在电路设计中，存储器电路扮演着重要的角色。
它能够在电路系统中保存和提取数据，并且在数字系统和计算机中起到关键的作用。
本文将介绍存储器电路设计的原理和应用。
一、存储器电路设计的原理存储器电路是一种能够存储和读取数据的电子设备，它由许多存储单元组成，每个存储单元能够存储一个或多个二进制位。
存储器电路的原理可以分为静态存储器和动态存储器两大类。
1. 静态存储器静态存储器是一种较快的数据存储器，它的存储单元由触发器构成。
每个存储单元能够存储一个二进制位，同时需要额外的逻辑门来实现读写操作。
静态存储器具有高速、免刷新的特点，但占用面积较大。
2. 动态存储器动态存储器是一种经济高效的数据存储器，它的存储单元由电容器和开关构成。
每个存储单元需要定期刷新以保持数据的正确性，因此功耗较高。
动态存储器具有较小的面积和高存储密度的优势。
二、存储器电路设计的应用存储器电路在数字系统和计算机中广泛应用，以下简要介绍几个典型的应用场景。
1. 随机存取存储器（RAM）随机存取存储器是一种常用的存储器类型，用于存储计算机程序和数据。
RAM具有随机读写的特点，速度比较快。
在计算机中，RAM被用作主存储器，能够暂时储存正在运行的程序和数据，提供高速的读写功能。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种无法修改数据的存储器类型，其中的数据在制造过程中被写入，因此具有永久保存的特性。
ROM常用于存储不变的程序和数据，如计算机的启动程序（BIOS）和音乐合成器中的音色库等。
3. 缓存存储器缓存存储器是一种介于CPU和主存之间的高速存储器，用于提高计算机的运行效率。
CPU在执行指令时，会首先检查缓存存储器中是否有所需的数据，如果有则直接从缓存中读取，避免了频繁访问主存储器的延迟。
4. 寄存器组寄存器是一种高速存储器，用于存储处理器的操作数和中间结果。
寄存器组中包含多个独立的寄存器，具有快速读写的特性。
电路中的存储器设计与分析
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。
存储器设计岗位职责
存储器设计岗位职责存储器设计岗位是一个电子工程师职位，主要职责是设计和开发各种类型的存储器，如DRAM、SRAM、Flash等。
以下是该职位的详细职责：1.研究存储器的设计原理：存储器设计岗位需要深入了解各种类型的存储器的设计原理和工作原理，研究存储器电路的实现和优化方法，以及各种存储器之间的差异和优缺点，以便有效地设计和开发出高性能的存储器。
2.设计存储器芯片：该职位需要设计存储器芯片，从电路设计和系统集成角度，确保存储器与其他电子设备的兼容性和稳定性。
职员应用高级设计工具，如Verilog和VHDL，开发复杂的电路模拟和验证，以确保芯片的功能正确。
3.测试和评估：存储器设计岗位需要进行存储器芯片的测试和评估，以确保设计达到预期的性能和功能要求。
职员应该有能力设计测试方案，分析测试结果，并提出改善方案。
4.跟踪技术趋势：存储器设计岗位需要跟踪存储器技术的发展趋势，了解新型存储器的设计和实现方式，研究新兴技术，例如3D 存储器和新型存储器控制器，以提高存储器的性能和容量。
5.与团队合作：该职位需要与其他硬件工程师、软件工程师和系统工程师紧密合作，以确保存储器与其他电子设备的协调配合；同时，工作人员需要向上级主管和团队成员更新项目情况，并在需要时协助其他工作人员完成其任务。
6.编写文档：工作人员需要编写存储器设计方案、测试报告和设计说明文档等技术文档，以记录设计思路和实现过程，并为其他团队成员提供工作参考。
7.质量保证：在存储器设计和测试过程中，员工需要确保符合各种安全和环保标准，并在需要时制定并遵守有关法规和标准，以确保产品的质量和可持续性。
综上所述，存储器设计岗位需要具有独立思考和分析的能力，具备高超的电路设计技能，能够灵活运用高级设计工具，如着重于成本效益和高性能的电路设计和系统集成。
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同步FIFO设计
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同步FIFO设计
FIFO为空，不可从FIFO读数据，但可写； FIFO为满，不可向FIFO写数据，但可读； 非空非满时，FIFO可读、可写。 FIFO的读写受同一时钟控制； FIFO的大小为N。
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同步FIFO设计
问题： 1. 如何判断FIFO为空、满？ 2. FIFO的读写操作的位置如何判定？
西安电子科技大学
同步FIFO设计
wr_ptr= rd_ptr wr_ptr wr_ptr- rd_ptr=M-1 rd_ptr wr_ptr=rd_ptr-1 wr_ptr
1 M-
0
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CRC校验和计算方法
1.若生成多项式G(x)为r阶(即r＋1位位串)，原 帧为m位， 其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r 个0，即循环左移r位，帧成为m+r位，相应多项式 成为xrM(x); 2.按模2除法用G(x)对应的位串去除对应于xr M(x)的位串, 得余数R(x)； 3. xrM(x)的位串加上余数R(x),结果即传送的 带校验和的帧多项式T(x)。 T(x) = xrM(x) + R(x)
半导体 存储器
ROM
其他存储器 双端口存储器 先进先出（FIFO）存储器 铁电存储器
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设计方法
• • • • 模块功能与原理分析 模块结构与电路模型 VHDL语言设计实现 FPGA验证
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静态随机存储器SRAM设计
• 数据存储功能 • 地址控制功能 • 写入与读出功能
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SRAM的VHDL程序实现
写入数据 读出数据 总线三态
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RAM容量扩展
存储器与CPU连接——位扩展法
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随机读写存储器RAM
存储器与CPU连接——字扩展法
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只读存储器ROM的设计
只读存储器（ROM）的内容是初始设计电路时就 写入到内部的，通常用于存储固件。 ROM主要用于计算机基本输入输出系统（BIOS） 的存储和用作嵌入式系统中的程序存储器。 ROM只需设置数据输出端口和地址输入端口。
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Xilinx FPGA内部IP核设计
• FPGA具有内嵌的BLOCK RAM（BRAM）来扩展其应用 范围和系统集成能力（SOC）。 • BRAM可用于配置为单端口RAM、双端口RAM、内容 地址存储器（CAM）以及FIFO等常用存储结构。 • BRAM内部每个单位即单片块RAM大小为18Kbit（即 位宽为18bit深度为1024，Spartan-3E FPGA）。
1 M--1 M
0
1 M-
0 0
rd_ptr
1
...
1
1
...
2
...
...
... ...
FIFO为空状态
...
...
...
...
...
...
FIFO为满状态
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2
2
同步FIFO设计
• 当wr_ptr=rd_ptr时，FIFO数据为空； • 当wr_ptr-rd_ptr=M-l或rd_ptr-wr_ptr=l时， FIFO数据为满； • 当wr_ptr>=rd_ptr时，wr_ptr-rd_ptr为FIFO内数 据个数； • 当wr_ptr<=rd_ptr时，M-(rd_ptr-wr_ptr)为FIFO 内数据个数。
• 空满状态产生器 • 端口定义
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同步FIFO的VHDL实现
• 空满状态产生器 • 结构体实现
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异步FIFO设计
• 读写时钟信号不相同 • 通过地址编码方式解决读写地址变化不同步而引 起的空满标志错误的问题。
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存储器设计总结
• 存储单元数据结构
整数数组 TYPE memory IS ARRAY (INTEGER RANEG <>) OF INTEGER; 位矢量 SUBTYPE word IS STD_LOGIC_VECTOR(k-1 DOWNTO 0)； TYPE memory IS ARRAY(0 TO 2**w-1) OF word;
A
5
D
4
2
1
A
6
D
3
3
1
A
7
D
2
5
4
1
A
8
D
2
4
5
1
A
9
D
2
1
6
1
A10
D
2
3
2
2
0
2
6
CS1
A12
A11
7
2
CS2
2
7
O
6
2
6
7 西安电子科技大学
4
E
D
4
8
9
8
7
6
5
3
2
1
SRAM 读出时序
加载地址 信号
tRC A0～A12 CS1 CS2
OE
加载片选 信号
OE低电平有 效,WE为高电平
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两种方案应用场合
• 在要求存储量较大时，一般采用通用集成电路组 成的双端口RAM； • 在通信实时性要求较高的而通信数据量不大时， 一般采用专用双端口RAM芯片。
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双端口RAM设计
• 端口定义
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双端口RAM设计
• 结构体设计 • RAM数据类型定义
• 端口A对RAM操作 • 端口B对RAM操作
WE
D0～D7
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SRAM 写入时序
加载地址 信号 tWC
A0～A12 CS1 CS2
片选信号 有效
数据加载到总线， WE为低电平
WE
D0～D7
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SRAM的VHDL程序实现
• 端口定义
PORT(address : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); cs , oe , we: IN STD_LOGIC; data : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
数据检测技术
• 奇偶校验 • 和校验 • 循环冗余码校验CRC
奇偶校验只需要1 和校验把消息当成若干 位校验码，对消息 个8位（或16、32位） 位进行异或运算。 的整数序列，相加得到 校验码。
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CRC原理
将待发送的位串看成系数为 0 或 1 的多项式；
收发双方约定一个生成多项式 G(x)（其最高阶 和最低阶系数必须为1）。 发送方用位串及 G(x)进行某种运算得到校验和， 并在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧的多 项式能被 G(x) 整除。 接收方收到后，用 G(x) 除多项式，若有余数， 则传输有错。
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.COE文件
• MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=2; MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 01110100, 00100000, 11110101, 数据格式，当前设定 10000000, 为2进制，还可以为8， 01111000, 10，16进制 00100010, 00000001, 00010100,
数据总线 地址总线
控制信号
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RAM地址译码方式
A0 A1 地 址 译 码 器
0 1 2 3
RAM芯片有n条地址线，表 0 A0 示2n个存储单元。
行 地 址 译 码 器
1
An-1
2n-2
2n-1 0 1 2m-1
A0 Am-1
An-1
2n-1
列地址译码器
（a）
（b）
一维译码
二维译码
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第五讲 存储器设计
• • • • • 随机存取存储器（RAM）设计 只读存储器（ROM）设计 双端口RAM设计 先进先出（FIFO）设计 CRC校验电路设计
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存储器分类
双极型 RAM 金属氧化物 动态：DRAM （MOS） 掩模工艺ROM 可一次编程ROM：PROM 可擦写的PROM EPROM E2PROM 静态：SRAM
SDRAM DDR SDRAM DDR2 SDRAM DDR3 SDRAM
半导体 存储器
ROM
E2PROM Flash
其他存储器 双端口存储器 先进先出（FIFO）存储器 铁电存储器
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存储器分类
双极型 RAM 金属氧化物 动态：DRAM （MOS） 掩模工艺ROM 可一次编程ROM：PROM 可擦写的PROM EPROM E2PROM E2PROM Flash 静态：SRAM
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只读存储器ROM的电路结构
• 存储矩阵 • 地址译码器 • 输出缓冲器
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简单 ROM的设计
• 设计思想：采用二进制译码器的设计方式，将每个 输入组态对应的输出与一组存储数据对应起来。
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通用ROM的VHDL设计
• • • • 设计一个容量为256*8bit的ROM 8位地址线Addr[7..0] 8位数据输出线Dout[7…0] 使能信号线OE
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双端口RAM