存储器设计报告

Ⅰ 电脑知识

电子计算机又叫电脑。可是为什么把电子计算机称为电脑呢？这是因为作为信息处理的工具，电子计算机已经部分地替代了人类大脑的功能。特别是20世纪70年代以后，微处理机的出现，使电子计算机的应用越来越广泛。电脑可“神”了！它不仅在传统的科学计算领域发挥着越来越大的作用，而且在其他领域的应用也相当广泛，它已经遍及人类生活的各个领域，能帮助人们处理办公室事情，能帮助各级领导制定并实施科学的决策，能帮助各行各业的专家工作。许多需要人类大脑思维的工作都可以用计算机代替，电脑已经成为人脑的重要帮手。

电脑的专家智能系统可以代替有经验的专家进行工作。比如医学上广泛应用的X光断层扫描诊断仪（CT），它利用计算机的精确计算，以X光作为眼睛，诊断人体各部位的疾病，可以发现直径10毫米的异物，便于医生检查疾病。

电脑会下棋，它的棋艺还相当高明。它已经击败了许多国际象棋的特级大师。

在体育上，经常用计算机辅助教练员对运动员进行训练，找出运动员技术、身体素质的不足之处，指出训练方法。还可以在比赛前利用计算机分析对方的技术、战术特点，相应地制定我方的战术，从而赢得比赛的胜利。比如20世纪80年代，美国利用计算机训练女排队员，战胜了世界冠军中国队。后来中国队又利用计算机帮助分析美国队的情况，制定了相应的战术，打败了美国队。

在人类生活的各个方面都可以找到计算机辅助人脑工作的事情，如用自动取款机代替银行职员的工作。再如在学校里，同学们熟悉的图书馆里，借书、还书可以用电脑帮助记录，节省了很多时问；全校各个班级的课程表可以用电脑按一定要求编制等。我们看到，电脑将会越来越广泛地应用到人类生活的各个方面，更多地代替人脑的劳动。因此，把电子计算机称为电脑是名符其实的。

扩展阅读

能自动地、以存储程序的方式进行算术和逻辑运算的机器。广义上指能自动地处理信息的机器。

发展

语言和文字是人类所特有的用来表达思想和交流信息的工具，当人类企图用定量的方式来表达思想时，就必然对计算的方法和工具提出需求。原始社会，人类是用结绳和垒石的方法来计数的。公元10世纪，中国人民在早期的算筹和珠盘的基础上发明了算盘和相应的口诀，这就是最初用于计算的“硬件”和“软件”，是人类在计算工具的发展史上的第一项重大发明。这种易学好用、轻便灵巧的计算工具在广泛的应用中日趋成熟，并传到日本、朝鲜和东南亚等地区。从中国古代的算盘到现代计算机的问世经历了一个漫长的阶段，即由算盘到机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机。1642 年，法国数学家 B. 帕斯卡用类似钟表的齿轮传动装置，制成了十进制加法器。1822年，英国数学家C.巴贝奇在总结机械式的十进制数计算器原理的基础上又完成了差分机模型的设计，同时他还提出了一个设想：不是一次次地进行某种算术运算，而是能自动地完成某种特定运算的完整过程。1834年，巴贝奇提出了一种用程序控制的通用分析器的设计方案，但由于当时技术条件所限而未能实现。随后，美国人G.斯蒂比斯和H.艾肯发明了机电式的自动计算器。第二次世界大战爆发前后，军事科学技术对高速计算工具的需要尤为迫切，例如火炮的弹道计算和密码的破译等 ，不依靠高速、自动、精确的计算装置，靠手工计算是不能满足计算难度和计算工作量的需求。
1946年2月15日，世界上第一台数字电子计算机(ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院研制成功。最初专门用于火炮弹道计算，多次改进后成为运算速度为每秒5000次的通用电子计算机，它比当时的继电器式计算机的运算速度快1000倍。但这种计算机尚未具备现代计算机的主要特征。
现代计算机发展中的第一次重大突破是由美籍匈牙利数学家J.von诺依曼领导的设计小组设计完成的。1945年3月 ，他们发表了存储程序式通用电子计算机方案(EDVAC )。1946年 6月，诺依曼等人提出了更为完善的设计报告《 电子计算机装置逻辑结构初探》。同年7、8月间，他们在莫尔学院为美英等国的专家讲授了《 电子计算机设计的理论和技术 》，提出存储程序式计算机的设计原理和方法 。1949 年 ，英国剑 桥 大学 数 学实验 室研 制 成电 子离散 时序 自动 计 算机（ EDSAC ）。1950年 ，美国研 制成 东部 标准 自动 计算机（SFAC）。至此，电子计算机发展的萌芽时期遂告结束，开始了现代计算机作为一种按程序自动进行信息处理的通用工具的发展时期。在研制数字计算机的同时还研制了另一类重要计算工具，即模拟计算机。
电子计算机诞生后已经历了4代，即4个发展阶段。
第一代是从 1946 年到 50 年代末，其主要特征是：主机采用电子管器件，主存储器主要采用磁鼓和磁心存储器，应用以科学计算为主，软件技术采用机器语言和符号语言编程，所研制的都是单机系统。
第二代是从50年代末到60年代中 ，其主要特征是 ：主机采用半导体器件，主存储器均为磁心存储器，磁鼓和磁盘用作辅助存储器，应用领域扩大到数据处理，软件采用算法语言（高级语言）编程，开始出现操作系统，计算机开始向系列化方向发展。
第三代是从60年代中到70年代初，其主要特征是：主机及主存储器均采用集成电路，辅助存储器为硬磁盘 、软磁盘和磁带 ，软件中的操作系统已很完善，软件工程兴起，应用领域随终端设备（包括远程终端）迅速发展而扩大。
第四代电子计算机的特征是：主机和主存储器均采用大规模和超大规模集成电路，多处理机的体系结构已显示出优势，磁盘、磁卡和光盘成为主要的辅助存储器，计算机系统已向网络化、开放式、分布式发展，计算机硬件系统和软件工程的进展已使各种计算机辅助设计、辅助生产、辅助决策、辅助管理、辅助医疗、辅助教学等系统发挥出巨大的经济效益和社会效益。
预计在 20 世纪末、21 世纪初，光电器件、超导器件 、生物器件将用于计算机，计算机技术将与通信技术更紧密地结合，采用大规模并行处理(MPP )体系结构的计算机将得到 更快的发展，人工智能技术将使计算机不仅是处理数据的工具，也是处理知识的助手，人工智能技术和各种多媒体技术 及幻真（灵境）技术使计算机和用户之间的距离缩小，在未来的信息社会中将建立起和谐的人-机系统。

分类

计算机按所处理变量的性质可划分为数字计算机和模拟计算机，一般所说的计算机即指数字计算机；按计算机体系结构遵循的基本机理可划分为：诺依曼体系结构计算机和非诺依曼体系结构计算机；按计算机单机系统所具有的规模（指包括功能、体积等在内的综合规模）可划分为：巨型机（见巨型计算机）、大型机、中小型机、工作站、个人计算机（微型机、膝上机、掌上机、单板机）等；按计算机系统间的互联地域范围可划分为：单机系统、计算机局域网、计算机远程网等；按计算机系统的抗恶劣环境程度可划分为：通用计算机、加固（半加固）计算机。
此外，还可按计算机内的指令流和数据流是单个还是多个来划分计算机的种类，这就是Flynn 分类法。按 Flynn 的建议可把计算机的体系结构分为 4 类：SISD（单指令、单数据流）：串行地执行指令；MISD（多指令、单数据流）：在多个处理机中用不同的指令去处理单个数据，这种方案看来是很不实际的；SIMD（单指令、多数据流）：以多个处理机同时对不同的数据执行同一种指令操作；MIMD（多指令、多数据流）：以多个处理机自治地对不同的数据执行不同的操作。

原理和构成

不论何种计算机，它们都是由硬件和软件所组成。

硬件

计算机系统中所使用的电子线路和物理设备，是看得见、摸得着的实体，如中央处理器（ CPU ）、存储器、外部设备（输入输出设备、I／O设备）及总线等。①存储器。主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储器） 。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。②中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序 ，逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器的主要组成部分是：数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、算术逻辑部件、操作控制器、程序计数器（指令地址计数器 )、地址寄存器等。③外部设备是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等）输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

软件

对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的 ，它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并不是指这些物理介质，而是指那些看不见、摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄，有效的软件如同一个人的聪颖思维。
计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分 。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。计算机软件系统包括：①操作系统 。系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。②数据库管理系统。负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。③编译系统。负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。④网络系统。负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。⑤标准程序库。按标准格式所编写的一些程序的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。⑥服务性程序，也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序 ，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。为了使计算机能算得快和准、记得多和牢，数十年来，对提高单机中的中央处理器的处理速度和精度，对提高存储器的存取速度和容量作了许多改进，如：增加运算器的基本字长和提高运算器的精度；增加新的数据类型，或对数据进行自定义，使数据带有标志符，用以区别指令和数，及说明数据类型；在 CPU 内增设通用寄存器、采用变址寄存器、增加间接寻址功能和增设高速缓冲存储器和采用堆栈技术；采用存储器交叉存取技术及虚拟存储器技术；采用指令流水线和运算流水线；采用多个功能部件和增设协处理器等。
充分发掘了单个处理器的潜力后，人们转向发展并行处理技术。开始时（1952年）是在运算器中设计了并行的算术运算逻辑，继而开始采用多功能部件，即在中央处理器中设立相互独立、而又可能同时工作的功能部件。经过30年的发展，用单处理器构成的计算机系统，性能已达到相当高的水平，向量巨型计算机就是这时期的技术的结晶。

意义

自第一代计算机诞生，计算机技术和工业一直处于高速发展的阶段。计算机科学已成为一门发展快、渗透性强、影响深远的学科，计算机产业已在世界范围内发展成为具有战略意义的产业。计算机科学和计算机产业的发达程度已成为衡量一个国家的综合国力强弱的重要指标。

Ⅱ 【计算机组成原理】存储器设计问题

1、要考虑速度问题，即CPU和存储器之间的速度；
2、容量问题，CPU的访问地址线要能够足够存储单元用。
3、成本问题，要适合要设计的系统，成本要低；
4、可靠性问题
5、存储器类型，选用eeprom还是flash rom,还是EPROM等等
第一问：ROM需要6个，先用两个组成2K*8一组，再用3组组成6K*8的ROM；RAM需要4个芯片组成2K*8.总计8K，所以需要13条地址线。片选信号，CPU的WR RD分别连接RAM芯片的EN ,OE ; EA连接ROM的OE。
芯片数量的计算方法为 数量n =ROM或RAM的总容量/ROM或RAM单个芯片的容量

Ⅲ 选用2764 EPROM 存储芯片，设计一个64KB的程序存储器，写出设计步骤…

4.2参见p.106-107
总线操作指的是发生在总线上的某些特定操作，总线周期指的是完成一次特定总线操作所需的时间。对8088而言其典型的总线周期由 4个T状态组成。PC/XT所采用的时钟频率为4.77MHz，每个T状态的持续时间为210ns。如果CLK引脚接5MHz的时钟信号，那么每个T状态的持续时间为200ns。

4.4解答：
当8088进行读写存储器或I/O接口时，如果存储器或I/O接口无法满足CPU的读写时序（来不及提供或读取数据时），需要CPU插入等待状态TW。（在T3前沿检测Ready信号，若无效则插入TW 。）
具体在读写总线周期的T3和T4之间插入TW。

4.6参见p.99，p.110
8088的某些输出线有三种状态：高电平、低电平、悬空(高阻态)，称为三态能力。在高阻状态，CPU放弃其了对该引脚的控制权，由连接它的设备接管。
具有三态能力的引脚有：AD7~AD0，A15~A8，A19/S6~A16/S3，ALE，IO/M*，WR*，RD*，DEN*，DT/R*。

4.11
总线周期 IO/M* WR* RD*
存储器读 低 高 低
存储器写 低 低 高
I/O读 高 高 低
I/O写 高 低 高

4.12 答：
取该指令时引发存储器读总线操作。执行该指令时引发I/O读总线操作。（时序图略）

4.13 8088系统最小组态下，对指令ADD [2000H]，AX （长度3B）。
答：取该指令时需要3个总线周期，均为存储器读周期。
执行该指令时需要4个总线周期，2个为存储器读总线周期（读出字操作数参与运算），2个为存储器写总线周期（保存16位运算结果）。

4.15 参见p.106图
74LS373 的G为电平锁存引脚，控制选通且转为无效时锁存数据。
OE* 输出允许引脚，信号来自ALE。

4.16 参见p.106图
数据收发器74LS245 是8位双向缓冲器，G*控制端为低电平有效，可传输数据；DIR控制导通方向：DIR＝1，A→B；DIR＝0，A←B。

4.17 参见p.111-112
归纳为：1、8086数据总线变为16位，数据地址线复用为AD15~AD0。
2、8086指令队列程度变为6字节长，当有2个字节空才取下一指令。
3、8088引脚IO/M* ，8086变为M/IO*；
4、引脚SS0* 变为BHE*/S7，BHE* 的作用是使D15~D8有效。
5、8086存储器组织为奇偶分块，偶地址取字只要读1次，奇地址取字需要读两次。
6、I/O端口大都采用偶地址，目的是引导8位数据到低8位总线AD7~AD0上，以提高效率。

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5.1
Cache、主存和辅存的作用——参见 p.120～121
虚拟存储器——参见p.121
在CPU看来，访问主存和访问辅存有什么不同？
访问主存：通过存储器访问机器指令，按字随机访问。
访问辅存：通过操作系统，按块顺序访问。

5.2 在半导体存储器中，RAM指的是 随机存取存储器 ，它可读可写，但断电后信息一般会 丢失 ；而ROM指的是 只读存储器 ，正常工作时只能从中 读取 信息，但断电后信息 不会丢失 。以EPROM芯片2764为例，其存储容量为8K×8位，共有 8 条数据线和 13 条地址线。用它组成64KB的ROM存储区共需 8 片2764芯片。

5.4 一个容量为4K×4位的假想RAM存储芯片，他应该有多少根地址线引脚和多少根数据线引脚？如果让你来进行设计，那么它还需要哪些控制引脚？这些引脚分别起什么样的控制作用？
解答：
4K×4的芯片应该有12根地址线引脚和4根数据线引脚。
控制引脚应该有：
读取信号OE*：有效时，表示读取存储单元的数据
写入信号WE*：有效时，表示将数据写入存储单元
片选信号CS*：有效时，表示选中该芯片，可以进行读写操作。

5.7 什么是存储芯片的位扩充和地址扩充?采用静态RAM的芯片2114（1K*4位）或动态RAM的芯片4116（16K*1位）来组成32KB的RAM存储区，请问各需要多少芯片？在位方向和地址方向各需要进行什么样的扩充？
解答：（参见p.140） 使用多个芯片来扩充存储数据位的宽度，称为位扩充。
采用多个芯片在地址方向上进行扩充，称为地址扩充或字扩充。
用SRAM 2114组成32KBRAM存储区：2片为一组，得1KB，所以组成32KB就要32组，共需要64片SRAM 2114。
用DRAM 4116组成32KBRAM存储区：8片为一组，得16KB，所以组成32KB只要2组，共需要16片DRAM 4116。
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： 1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件； 在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生产效率高； 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件； 5. 良好的经济效益； 6. 有利于生产管理的现代化。 数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。 1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。 第二章 总体方案的设计 2.1 设计任务 本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。 2.2 总体方案的论证 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。 （1）数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。 （2）伺服进给系统的改造设计 数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。 因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。 （3）数控系统的硬件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。 在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素： 1. 时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关； 2. 可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关； 3. I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。 除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。 2.3 总体方案的确定 经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示： 第三章 微机数控系统硬件电路设计 3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计 本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示： 图3－2 8031芯片内部结构图 各引脚功能简要介绍如下： ⒈ 源引脚 VSS：电源接地端。 VCC：＋5V电源端。 ⒉ 输入/输出（I/O）口线 8031单片机有P0、P1、P2、P3 4个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下： P3.0 RXD：串行数据输入端。 P3.1 TXD：串行数据输出端 P3.2 INT0：外部中断0请求信号输入端。 P3.3 INT1：外部中断1请求信号输入端。 P3.4 T0：定时器/计数器0外部输入端 P3.5 T1：定时器/计数器1外部输入端 P3.6 WR：外部数据存储器写选通。 P3.7 RD：外部数据存储器读选通。 在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。 ⒊ 信号控制线 RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。 8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。 ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。 ：外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。 XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地； XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收外围震荡信号； （2）片外三总线结构 单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式： ⒈ 地址总线AB 地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。 ⒉ 数据总线DB 数据总线宽度为8位，由P0口提供。 ⒊ 控制总线CB 控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示： 3.1.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片 8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与外围设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能： 1、 8255A的结构 8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下： （1） 三个8位并行I/O端口A、B、C A口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。 （2） 工作方式控制电路 A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。 （3） 读/写控制逻辑电路 它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。 （4） 数据总线缓冲器 它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

Ⅳ 计算机的存储器系统设计是如何实现容量大、速度快和成本低的要求

存储器容量越大，速度就越慢，所以速度和容量是一个矛盾，为了解决这一个矛盾，就把存储器分成几级，主存，外存，高速缓存，组成多级结构的存储系统

Ⅳ 看了一个存储器设计的电路图，有些小地方看不懂。

1）A14--A18值都=1，所以用个5与非门，输出才=0，输入端G2A（G2B）画一个圈表示低电平有效；
2）A14到A18的值你必须知道，否则你就不知道何处去访问内存块，这是分配内存块地址时就必须指定的，另外M表示要访问内存块，IO就表示访问的是IO地址；
3）138输出端的圈圈表示低电平输出有效；
这里，地址：A19=0，A18--A14=1，A13--A12=0，A11=0,1，则分别选通两个6116；

Ⅵ 存储器的基本结构原理

存储器单元实际上是时序逻辑电路的一种。按存储器的使用类型可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的功能有较大的区别，因此在描述上也有所不同
存储器是许多存储单元的集合，按单元号顺序排列。每个单元由若干三进制位构成，以表示存储单元中存放的数值，这种结构和数组的结构非常相似，故在VHDL语言中，通常由数组描述存储器

结构
存储器结构在MCS - 51系列单片机中，程序存储器和数据存储器互相独立，物理结构也不相同。程序存储器为只读存储器，数据存储器为随机存取存储器。从物理地址空间看，共有4个存储地址空间，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器，I/O接口与外部数据存储器统一编址

存储器是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。存储器可分为主存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。和CPU直接交换信息的是主存。
主存的工作方式是按存储单元的地址存放或读取各类信息，统称访问存储器。主存中汇集存储单元的载体称为存储体，存储体中每个单元能够存放一串二进制码表示的信息，该信息的总位数称为一个存储单元的字长。存储单元的地址与存储在其中的信息是一一对应的，单元地址只有一个，固定不变，而存储在其中的信息是可以更换的。
指示每个单元的二进制编码称为地址码。寻找某个单元时，先要给出它的地址码。暂存这个地址码的寄存器叫存储器地址寄存器(MAR)。为可存放从主存的存储单元内取出的信息或准备存入某存储单元的信息，还要设置一个存储器数据寄存器(MDR)

Ⅶ 存储器的发展史

存储器设备发展

1.存储器设备发展之汞延迟线

汞延迟线是基于汞在室温时是液体，同时又是导体，每比特数据用机械波的波峰（1）和波谷（0）表示。机械波从汞柱的一端开始，一定厚度的熔融态金属汞通过一振动膜片沿着纵向从一端传到另一端，这样就得名“汞延迟线”。在管的另一端，一传感器得到每一比特的信息，并反馈到起点。设想是汞获取并延迟这些数据，这样它们便能存储了。这个过程是机械和电子的奇妙结合。缺点是由于环境条件的限制，这种存储器方式会受各种环境因素影响而不精确。

1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC由冯.诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制，使用汞延迟线作存储器，指令和程序可存入计算机中。

1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。

2.存储器设备发展之磁带

UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。

磁带是所有存储器设备发展中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数据流）技术、DLT技术以及比较先进的LTO技术。

根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的DAT（4mm）磁带机和面向部门级的8mm磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。

磁带库是基于磁带的备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。它的存储容量可达到数百PB，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。

磁带库不仅数据存储量大得多，而且在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。在网络系统中，磁带库通过SAN（Storage Area Network，存储区域网络）系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力保障，很容易完成远程数据访问、数据存储备份或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份，无疑是数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。

3.存储器设备发展之磁鼓

1953年，随着存储器设备发展，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。

磁鼓最大的缺点是利用率不高， 一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都利用来存储，显然利用率要高得多。 因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。

4.存储器设备发展之磁芯

美国物理学家王安1950年提出了利用磁性材料制造存储器的思想。福雷斯特则将这一思想变成了现实。

为了实现磁芯存储，福雷斯特需要一种物质，这种物质应该有一个非常明确的磁化阈值。他找到在新泽西生产电视机用铁氧体变换器的一家公司的德国老陶瓷专家，利用熔化铁矿和氧化物获取了特定的磁性质。

对磁化有明确阈值是设计的关键。这种电线的网格和芯子织在电线网上，被人称为芯子存储，它的有关专利对发展计算机非常关键。这个方案可靠并且稳定。磁化相对来说是永久的，所以在系统的电源关闭后，存储的数据仍然保留着。既然磁场能以电子的速度来阅读，这使交互式计算有了可能。更进一步，因为是电线网格，存储阵列的任何部分都能访问，也就是说，不同的数据可以存储在电线网的不同位置，并且阅读所在位置的一束比特就能立即存取。这称为随机存取存储器（RAM），在存储器设备发展历程中它是交互式计算的革新概念。福雷斯特把这些专利转让给麻省理工学院，学院每年靠这些专利收到1500万～2000万美元。

最先获得这些专利许可证的是IBM，IBM最终获得了在北美防卫军事基地安装“旋风”的商业合同。更重要的是，自20世纪50年代以来，所有大型和中型计算机也采用了这一系统。磁芯存储从20世纪50年代、60年代，直至70年代初，一直是计算机主存的标准方式。

5.存储器设备发展之磁盘

世界第一台硬盘存储器是由IBM公司在1956年发明的，其型号为IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘。1968年，IBM公司提出“温彻斯特/Winchester”技术，其要点是将高速旋转的磁盘、磁头及其寻道机构等全部密封在一个无尘的封闭体中，形成一个头盘组合件（HDA），与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染，并采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停，这是现代绝大多数硬盘的原型。1979年，IBM发明了薄膜磁头，进一步减轻了磁头重量，使更快的存取速度、更高的存储密度成为可能。20世纪80年代末期，IBM公司又对存储器设备发展作出一项重大贡献，发明了MR（Magneto Resistive)磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度比以往提高了数十倍。1991年，IBM生产的3.5英寸硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此，硬盘容量开始进入了GB数量级。IBM还发明了PRML（Partial Response Maximum Likelihood）的信号读取技术，使信号检测的灵敏度大幅度提高，从而可以大幅度提高记录密度。

目前，硬盘的面密度已经达到每平方英寸100Gb以上，是容量、性价比最大的一种存储设备。因而，在计算机的外存储设备中，还没有一种其他的存储设备能够在最近几年中对其统治地位产生挑战。硬盘不仅用于各种计算机和服务器中，在磁盘阵列和各种网络存储系统中，它也是基本的存储单元。值得注意的是，近年来微硬盘的出现和快速发展为移动存储提供了一种较为理想的存储介质。在闪存芯片难以承担的大容量移动存储领域，微硬盘可大显身手。目前尺寸为1英寸的硬盘，存储容量已达4GB，10GB容量的1英寸硬盘不久也会面世。微硬盘广泛应用于数码相机、MP3设备和各种手持电子类设备。

另一种磁盘存储设备是软盘，从早期的8英寸软盘、5.25英寸软盘到3.5英寸软盘，主要为数据交换和小容量备份之用。其中，3.5英寸1.44MB软盘占据计算机的标准配置地位近20年之久，之后出现过24MB、100MB、200MB的高密度过渡性软盘和软驱产品。然而，由于USB接口的闪存出现，软盘作为数据交换和小容量备份的统治地位已经动摇，不久会退出存储器设备发展历史舞台。

6. 存储器设备发展之光盘

光盘主要分为只读型光盘和读写型光盘。只读型指光盘上的内容是固定的，不能写入、修改，只能读取其中的内容。读写型则允许人们对光盘内容进行修改，可以抹去原来的内容，写入新的内容。用于微型计算机的光盘主要有CD-ROM、CD-R/W和DVD-ROM等几种。

上世纪60年代，荷兰飞利浦公司的研究人员开始使用激光光束进行记录和重放信息的研究。1972年，他们的研究获得了成功，1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（LD，Laser Vision Disc）系统。

从LD的诞生至计算机用的CD-ROM，经历了三个阶段，即LD-激光视盘、CD-DA激光唱盘、CD-ROM。下面简单介绍这三个存储器设备发展阶段性的产品特点。

LD-激光视盘，就是通常所说的LCD，直径较大，为12英寸，两面都可以记录信息，但是它记录的信号是模拟信号。模拟信号的处理机制是指，模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FM（Frequency Molation）频率调制、线性叠加，然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。

CD-DA激光唱盘 LD虽然取得了成功，但由于事先没有制定统一的标准，使它的开发和制作一开始就陷入昂贵的资金投入中。1982年，由飞利浦公司和索尼公司制定了CD-DA激光唱盘的红皮书（Red Book）标准。由此，一种新型的激光唱盘诞生了。CD-DA激光唱盘记录音响的方法与LD系统不同，CD-DA激光唱盘系统首先把模拟的音响信号进行PCM（脉冲编码调制）数字化处理，再经过EMF（8～14位调制）编码之后记录到盘上。数字记录代替模拟记录的好处是，对干扰和噪声不敏感，由于盘本身的缺陷、划伤或沾污而引起的错误可以校正。

CD-DA系统取得成功以后，使飞利浦公司和索尼公司很自然地想到利用CD-DA作为计算机的大容量只读存储器。但要把CD-DA作为计算机的存储器，还必须解决两个重要问题，即建立适合于计算机读写的盘的数据结构，以及CD-DA误码率必须从现有的10-9降低到10-12以下，由此就产生了CD-ROM的黄皮书(Yellow Book)标准。这个标准的核心思想是，盘上的数据以数据块的形式来组织，每块都要有地址，这样一来，盘上的数据就能从几百兆字节的存储空间上被迅速找到。为了降低误码率，采用增加一种错误检测和错误校正的方案。错误检测采用了循环冗余检测码，即所谓CRC，错误校正采用里德－索洛蒙(Reed Solomon)码。黄皮书确立了CD-ROM的物理结构，而为了使其能在计算机上完全兼容，后来又制定了CD-ROM的文件系统标准，即ISO 9660。

在上世纪80年代中期，光盘存储器设备发展速度非常快，先后推出了WORM光盘、磁光盘（MO）、相变光盘（Phase Change Disk，PCD）等新品种。20世纪90年代，DVD-ROM、CD-R、CD-R/W等开始出现和普及，目前已成为计算机的标准存储设备。

光盘技术进一步向高密度发展，蓝光光盘是不久将推出的下一代高密度光盘。多层多阶光盘和全息存储光盘正在实验室研究之中，可望在5年之内推向市场。

7.存储器设备发展之纳米存储

纳米是一种长度单位，符号为nm。1纳米=1毫微米，约为10个原子的长度。假设一根头发的直径为0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度即约为1纳米。与纳米存储有关的主要进展有如下内容。

1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系。一个量子磁盘相当于我们现在的10万～100万个磁盘，而能源消耗却降低了1万倍。

1988年，法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年，采用巨磁电阻原理的纳米结构器件已在美国问世，它在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头等方面均有广阔的应用前景。

2002年9月，美国威斯康星州大学的科研小组宣布，他们在室温条件下通过操纵单个原子，研制出原子级的硅记忆材料，其存储信息的密度是目前光盘的100万倍。这是纳米存储材料技术研究的一大进展。该小组发表在《纳米技术》杂志上的研究报告称，新的记忆材料构建在硅材料表面上。研究人员首先使金元素在硅材料表面升华，形成精确的原子轨道；然后再使硅元素升华，使其按上述原子轨道进行排列；最后，借助于扫瞄隧道显微镜的探针，从这些排列整齐的硅原子中间隔抽出硅原子，被抽空的部分代表“0”，余下的硅原子则代表“1”，这就形成了相当于计算机晶体管功能的原子级记忆材料。整个试验研究在室温条件下进行。研究小组负责人赫姆萨尔教授说，在室温条件下，一次操纵一批原子进行排列并不容易。更为重要的是，记忆材料中硅原子排列线内的间隔是一个原子大小。这保证了记忆材料的原子级水平。赫姆萨尔教授说，新的硅记忆材料与目前硅存储材料存储功能相同，而不同之处在于，前者为原子级体积，利用其制造的计算机存储材料体积更小、密度更大。这可使未来计算机微型化，且存储信息的功能更为强大。

以上就是本文向大家介绍的存储器设备发展历程的7个关键时期

Ⅷ shi shui fa ming de dian nao

冯.诺伊曼

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Ⅹ 存储器设计方法:使用128M×8位SRAM芯片设计一个512M×32位的存储器

需要16片128M*8位的芯片！