《微型计算机原理及接口技术》课件第5章-2

15.3.1简单异步DRAMSRAM

基本存储单元为一个RS触发器→状态稳定

由6个MOS管构成→集成度↓、成本↑

由于工艺上的问题，容量不大：128K×8bit12nsDRAM

由一个MOS管（位于栅极上的分布电容）构成

→容量更大，比如：64M×1，1Gb优点：集成度高，功耗低，单位容量价格低缺点：速度慢，需要刷新，连接复杂21.典型DRAM芯片64K×1bitDRAM芯片Intel2164A5.3.1简单异步DRAM地址线复用：利用A0～A7分两次输入→先输入行地址，再输入列地址

RAS：行地址选通，兼作片选

CAS：列地址选通，兼作数据输出允许WE：写允许。 0：写；1：读DIN：数据输入

DOUT：数据输出DRAM容量大，若所有地址线引出芯片外形过大1：DOUT

高阻0：DOUT

输出数据35.3.1简单异步DRAM读操作 P220，图5.37给行地址RAS给列地址CAS保持WE=1，CAS低期间数据输出并保持2.工作过程64K×1bitDRAM芯片Intel2164A45.3.1简单异步DRAM读操作RASCASWE行地址列地址DOUT读出数据①②③④A0～A72.工作过程64K×1bitDRAM芯片Intel2164A55.3.1简单异步DRAM写操作 P221，图5.38：提前写给行地址RASWE，给写入数据给列地址CASWERAS、CAS，撤数据读变写操作2.工作过程64K×1bitDRAM芯片Intel2164A65.3.1简单异步DRAM写操作RASCASWEDIN行地址列地址有效写入数据提前写A0～A72.工作过程64K×1bitDRAM芯片Intel2164A75.3.1简单异步DRAM写操作RASCASWEDIN行地址列地址有效写入数据DOUT读出数据读变写操作A0～A72.工作过程64K×1bitDRAM芯片Intel2164A85.3.1简单异步DRAM其它功能读变写操作（读－修改－写操作）

在RAS、CAS有效时，

由WE控制，先读出，再写入。页模式操作

维持RAS不变，由连续的CAS脉冲对不同的列地址进行锁存，并读出不同列的信息。

可实现读、写、读变写等操作。

（RAS宽度有上限）2.工作过程95.3.1简单异步DRAM刷新DRAM必须每隔2～4ms刷新一次

（因为信息存储在电容中）

将DRAM所存放的每一bit信息读出并照原样写入原单元的过程。刷新由DRAM内部特殊电路来实现，结合外部刷新时序（P221/P172，图5.39/5.34），经过128个刷新周期即可完成整个存储体的刷新。（行地址A7不起作用）2.工作过程10

DRAM芯片2164与8088系统总线的连接电路5.3.1简单异步DRAM3.DRAM连接接口设计11（1）行、列地址及控制信号的形成延迟线实现DRAM控制信号形成电路。行列地址形成。5.3.1简单异步DRAM3.DRAM连接接口设计122164与8088系统总线的连接13延迟线实现DRAM控制信号形成电路200ns100ns1：CPU正常工作0：DMADACK0

信号行列地址形成15（2）DRAM的读/写5.3.1简单异步DRAM16DACK＝“0”CASx＝“1”RASx由控制读“行地址”，刷新一行。（3）DRAM的刷新5.3.1简单异步DRAM17

基于2164的8位DRAM存储器模块（64K×8位×4组）5.3.1简单异步DRAM18（4）关于使用DRAM的建议在设计构成微机系统(如嵌入式系统)时，能不用DRAM时尽量不用，可用SRAM代替DRAM，尤其是当构成的内存不是很大时，SRAM的价格是可以接受的。采用系统集成的方式，用已经做好的产品。例如，购买PC主板或直接购买PC。产品供应商已做好了一切，无需考虑DRAM如何读/写、如何刷新。采用可提供RAS、CAS和刷新控制的处理器。有一些处理器、单片机为用户提供了动态存储器使用的各种信号和控制功能，在进行系统设计时选用这样的处理器是十分方便的。采用DRAM控制器。5.3.1简单异步DRAM微机原理及接口技术第5章存储技术5.3动态读/写存储器(DRAM)5.3.2同步动态存储器SDRAM20SDRAM，即单倍速率同步动态随机存储器（SingleDateRateSynchronousDynamicRAM），使用单端时钟信号，只在时钟的上升沿传输命令、地址和数据，工作速度与系统时钟同步。5.3.2同步动态存储器SDRAM一、概述区别标准DRAMSDRRAM工作方式异步同步内部组织结构一个存储体两个以上存储体读/写方式读写时序满足时序要求，与CPU时钟异步读写操作要求与CPU时钟严格同步，具有突发读写功能智能化一种工作模式模式寄存器可配置工作模式突发模式访问（486及以后的处理器）：在建立行和列地址之后，使用突发模式，可访问后面3个相邻地址，而不需要额外的延迟或等待状态。DRAM突发模式访问的表示：x-y-y-y60nsDRAM：5-3-3-3（66MHz，15ns时钟周期）215.3.2同步动态存储器SDRAM2.SDRAM1）SDRAM与标准DRAM的主要不同：异步与同步。标准DRAM是异步DRAM，对它读/写的时钟与CPU的时钟是不一样的。而在SDRAM工作时，其读/写过程是与CPU时钟（PC机中是由北桥提供的）严格同步的。内部组织结构。SDRAM内部一般将存储单元分成两个以上的体（bank）。标准的DRAM可以看成内部只有一个体的SDRAM。225.3.2同步动态存储器SDRAM2.SDRAM1）SDRAM与标准DRAM的主要不同：读/写方式不同。

SDRAM有突发读/写功能。突发(Burst)是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输所涉及到的存储单元(列)的数量就是突发长度(BurstLengths，BL)。智能化。在SDRAM芯片内部设置有模式寄存器，利用命令可对SDRAM的工作模式进行设置。一般的标准DRAM只有一种工作模式，无需对其进行设置。23SAMSUNG公司的SDRAM芯片：K4S511632D8M×4×16（32M×16bit）3.3V电源4个体（bank）CASlatency：2、3Burstlength：1、2、4、8时钟周期：7.5ns（133MHz）刷新周期：64ms5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片24K4S511632D：①引线电源、地：

VDD

VSS

VDDQ

VSSQ5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片255.3.2同步动态存储器SDRAM2.SDRAM 2）典型芯片：K4S511632D：①引线时钟：CLK时钟允许：CKE片选：/CS26K4S511632D：①引线行选：/RAS列选：/CAS写允许：/WE5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片27K4S511632D：①引线地址输入

行地址：RA0～RA12

列地址：CA0～CA9bank地址输入数据输入/输出输出允许5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片2829K4S511632D：②功能5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片31K4S511632D：③常用指标容量：存储单元×体×每存储单元位数时钟周期存取时间CAS的延迟时间（CASLatency）综合性能的评价

总延迟时间＝系统时钟周期×CL模式数＋存取时间5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片32K4S511632D：④时序5.3.2同步动态存储器SDRAM二、典型SDRAM芯片33345.3.2同步动态存储器SDRAM三、SDRAM接口设计SDRAM控制器实现方式：（1）在PC机以南北桥芯片组为主要连接核心的时期，SDRAM控制器集成在北桥芯片中，SDRAM芯片连接在北桥上。例如，在PentiumⅡ系统中，其440BX芯片组的北桥就支持SDRAM连接。（2）某些微处理器中集成了SDRAM控制器，SDRAM芯片直接连接在处理器上。（3）设计与CPU或系统总线连接的独立SDRAM控制器，SDRAM芯片连接在SDRAM控制器上。3532M×16SDRAM32M×16SDRAM5.3.2同步动态存储器SDRAM三、SDRAM接口设计36微机原理及接口技术第5章存储技术5.3动态读/写存储器(DRAM)5.3.3

DDRSDRAM385.3.3

DDRSDRAMDDRSDRAM：双倍数据传输率SDRAM(DoubleDataRateSynchronousDRAM)。DDRSDRAM也采用多存储体（Bank）流水线化操作的同步架构。其内部存储单元的核心频率通常与SDRAM一样，在100MHz～200MHz之间。与SDRAM只在时钟上升沿采样不同，从DDR开始，在时钟信号的上升沿和下降沿均采样以获得双倍的SDRAM速率。395.3.3

DDRSDRAM2）DDRSDRAM的时序405.3.3

DDRSDRAM3）DDRSDRAM连接接口设计（1）在采用南北桥芯片组的PC机中，DDR控制器依然集成在北桥芯片中，DDRSDRAM芯片依然连接在北桥上。（2）某些处理器中集成了DDR控制器，DDRSDRAM芯片直接连接在处理器上。在第四代Corei7/i5/i3处理器构成的计算机系统中，双通道存储控制器已与CPU内核集成在一个芯片中，DDR3SDRAM内存条直接与i7/i5/i3处理器相连。415.3.3

DDRSDRAM4）DDRSDRAM与SDRAM的不同初始化：初始化寄存器模式寄存器MRS扩展模式寄存器EMRS时钟。采用差分时钟CLK、CK#。数据选取(DQS)脉冲（双向）。

数据的同步信号，用来在一个时钟周期内准确地区分出每个传输周期，并使数据得以准确接收。写入时，它用来传送由北桥发来的DQS信号；读取时，则由芯片生成DQS向北桥发送。425.3.3

DDRSDRAM4）DDRSDRAM与SDRAM的不同写入延时。在写入时，与SDRAM的0延时不一样，DDRSDRAM的写入延迟已经不是0了。在发出写入命令后，DQS与写入数据要等一段时间才会送达。这个周期被称为DQS相对于写入命令的延迟时间。435.3.3

DDRSDRAM4）DDRSDRAM与SDRAM的不同突发长度与写入掩码。在DDRSDRAM中，突发长度只有2、4、8三种选择，没有了SDRAM的随机存取的操作（突发长度为1）和全页式突发方式。同时，突发长度的定义也与SDRAM的不一样了，它不再指所连续寻址的存储单元数量，而是指连续的传输周期数。对于突发写入，如果其中有不想存入的数据，仍可以运用DM信号进行屏蔽。DM信号和数据信号同时发出，接收方在DQS的上升沿与下降沿来判断DM的状态，如果DM为高电平，那么之前从DQS脉冲中部选取的数据就被屏蔽了。延迟锁定回路(DLL)，使内部时钟与外部时钟保持同步。微机原理及接口技术第5章存储技术5.3动态读/写存储器(DRAM)5.3.4内存条455.3.4内存条内存条是PC机的重要组成部分。随着PC机的发展，对内存条容量、性能的要求不断提高，构成内存条的DRAM也经历了若干代的变更，从早期的DRAM，到SDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM以及目前常用的DDR3SDRAM。46SDRAM（SDRSDRAM）：SingleDataRateDDRSDRAM：DoubleDataRateDDR2SDRAMDDR3SDRAM*CAS

latency，CL5.3.4内存条4749SDRAM内存条DDR2SDRAM内存条主板上的内存条插槽一般包括SIMM插槽和DIMM插槽两种。505.3.4内存条SDRAMDIMM插槽共有168个针脚515.3.4内存条DDR3内存条的工作频率主要有800、1066、1333、1600等多种规格，共240个引脚，采用1.5V供电。525.3.4内存条微机原理及接口技术第5章存储技术5.5Intel微机系统的存储体系8086时代，Intel处理器仅支持具有三个层次的存储体系，及寄存器、主存（内存）和辅存（外存）。80386时代，Intel处理器支持的存储体系增加了两个存储层次，即高速缓冲存储器（Cache）和虚拟存储器（VM），达到了现代计算机具有的五层存储体系。545.5Intel微机系统的存储体系555.5Intel微机系统的存储体系现在Cache也是多层次的处理器引入年份L1CacheL2CacheL3CacheL4Cache80861978————803861985片外SRAM———8048619898KB片外SRAM——Pentium19938KB/8KB片外256~512KB——PentiumPro19958KB/8KB256KB或512KB——PentiumII

199716KB/16KB盒上256/512/1024KB——Pentium420008KB/8KB256KB——Itanium200116KB/16KB96KB片外4MB—Core2Quad2007核内32KB/32KB4MB×2——Corei79002008核内32KB/32KB核内256KB8MB/12MB—第四代Corei72013核内32KB/32KB核内256KB8MB可选片外565.5Intel微机系统的存储体系Intel处理器支持的Cache层结构的变化575.5外存储器简介、存储卡（补充内容）平均访问时间：光盘：80～120ms硬盘：9～10msEPROM存储器：100～400nsEDO内存：60～80nsSDRAM内存：7～15nsSRAMCache：1～5ns外存内存msns585.5外存储器简介、存储卡（补充内容）外存磁存储器光存储器半导体存储器：FlashDisk电子盘电视制式PAL：50Hz，25fps

NTSC：60Hz，29.97fps磁盘磁带软盘硬盘其它CD、VCD、CD-R、……DVD、DVD-R、……320×240显示分辨率：720×480像素NTSC:352×240PAL:352×288595.5外存储器简介、存储卡（补充内容） 一、磁盘磁盘软盘硬盘5.25英寸：1.2MB3.5英寸：1.44MBIDE（ATA）接口（并、串）SCSI接口605.5外存储器简介、存储卡（补充内容） 二、光盘发展史技术指标尺寸存储容量：CD-ROM 650MB～700MB

DVD 4.7GB～17GB数据传输速率：

CD-ROM：150KB/s（一倍速）

DVD-ROM：1350KB/s（一倍速）Buffer的大小、接口类型等。CD-ROM简介9.053倍74分钟650MB60分钟4.7GBDigitalVersatileDiscCompactDisc615.5外存储器简介、存储卡（补充内容） 二、光盘CD-ROM简介盘片构造光道结构CLV恒线速度CAV恒角速度信息的记录EFM编码：8到14位调制编码625.5外存储器简介、存储卡（补充内容） 三、存储卡存储卡：E2PROM卡简单IC卡智能IC卡大容量存储卡：Flash构成SRAM存储卡635.5外存储器简介、存储卡（补充内容） 三、存储卡用作外存的大容量存储卡：多媒体存储卡MMC安全数字卡（SD卡）645.4外存/存储卡三、存储卡1.

多媒体存储卡MMC包括MMC的简化的系统结构

655.4外存/存储卡三、存储卡1.

多媒体存储卡MMCMMC的主要性能用于便携式设备中的存储，目前的最大存储容量为2GB/卡。工作电压：高电压为2.7～3.6V，低电压为1.65～1.95V，可选。卡与主控制器间串行传送，工作时钟频率范围为0～20MHz。MMC总线上最多可识别64K个MMC，在总线上不超过10个卡时，可运行到最高频率。提供几十种操作命令。具有数据保护和差错校验功能。两种卡尺寸：24mm×32mm×1.4mm和24mm×18mm×1.4mm。总线结构简单，只有7个信号接点。665.4外存/存储卡三、存储卡1.

多媒体存储卡MMCMMC的结构

675.4外存/存储卡三、存储卡1.

多媒体存储卡MMC连续读数据过程

多个数据块写入过程

685.4外存/存储卡三、存储卡2.

安全数字卡(SD卡)SD卡是SecureDigitalCard的简称，直译成汉语就是“安全数字卡”。SD存储卡是一个完全开放的标准(系统)，可用于MP3、数码摄像机、数码相机、电子图书、AV器材等。SD卡在外形上同MMC卡保持一致，大小尺寸比MMC卡略厚，容量也大一些，并且兼容MMC卡接口规范。可以认为SD卡是MMC的升级版。SD卡有9个引脚，目的是通过把传输方式由串行变成并行，来提高传输速度。它的读/写速度比MMC卡要快一些，同时安全性也更高。SD卡最大的特点就是通过加密功能来保证数据资料的安全性。695.4外存/存储卡三、存储卡2.

安全数字卡(SD卡)性能：用于便携式设备中的存储，目前的最大存储容量为4GB/卡。工作电压：不同用途的SD卡的工作电压不一样，范围在1.6～3.6V之间。卡的工作时钟频率为0～25MHz。在SD总线上不超过10个卡时，可达到10MB/s的传输速率(4线并行)。提供几十种操作命令。具有数据保护和差错校验功能，采用具有最高安全级别的SDMI标准。卡尺寸：薄卡24mm×32mm