1、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),2,SRAM 与 DRAM,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,SRAM 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：128K8bit 12ns DRAM 由一个MOS管（位于栅极上的分布电容）构成 容量更大，比如：64M1，1Gb 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,3,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（1）引线 地址
2、线复用：利用A0A7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，将所有地址线全部引出不太实际,1：DOUT 高阻 0：DOUT 输出数据,4,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（2）工作方式与时序 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,5,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.
3、3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（2）工作方式与时序 读操作,RAS,CAS,WE,行地址,列地址,DOUT,读出数据,A0A7,6,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（2）工作方式与时序 写操作 P221，图 5.38：提前写 给行地址 RAS WE ，给写入数据 给列地址 CAS WE RAS、CAS ，撤数据,读变写操作,7,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（2）工作方式与时序 写操作,RAS,CAS,W
4、E,DIN,行地址,列地址,有效写入数据,提前写,A0A7,8,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（2）工作方式与时序 写操作,RAS,CAS,WE,DIN,行地址,列地址,有效写入数据,DOUT,读出数据,读变写操作,A0A7,9,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（3）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
5、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）,10,64K1bit DRAM芯片 Intel 2164A,5.3 DRAM 5.3.1 概述：Intel 2164A,（4）刷新 DRAM必须每隔 24ms 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，图5.39），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）,11,PC/XT 中 DRAM 的连接：,5.3 DRAM 5.3.2 连接使用：Intel 2164A,P222，图5.
6、40、图5.41：DRAM控制电路的一种实现方法 1. 行、列控制信号的形成,集成DRAM控制器 用小规模集成电路定时器, DMA控制器,12,图5.40、图5.41：DRAM控制电路的一种实现方法,MEMW、MEMR,有 效 数 据,A15A0,RASx 允许,AddrSel,CASx 允许,D7D0,100ns,60ns, 给行地址 （A7A0）, 给列地址 （A15A8）,14,2. DRAM的读/写,图5.40、图5.41：DRAM控制电路的一种实现方法,15,DACK“0”,CASx“1” RASx 由 控制,读“行地址”，刷新一行。,3. DRAM的刷新,图5.40、图5.41：D
7、RAM控制电路的一种实现方法,16,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 DRAM 5.3.2 连接使用：Intel 2164A,17,1
8、. DRAM 在PC中的应用,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,快速页模式DRAM 保持行地址不变而只改变列地址，可实现更快的访问。 快速页模式Fast Page Mode（FPM）,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-y 60ns DRAM：5-3-3-3（66MHz，15ns时钟周期） 1995年以前的486或Pentium,latency， 选择行列地址,18,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,EDO RAM：FPM的改进，“超页模式” 扩展数据输
9、出（ Extended Data Out ） 当内存控制器删除列地址开始下一周期时，芯片数据输出仍未关闭 允许下一周期与前一周期重叠 每周期节省10ns。,突发模式周期：5-2-2-2（60ns DRAM，66MHz，15ns时钟周期） 需要主板芯片组支持 1998年SDRAM出现以前,1. DRAM 在PC中的应用,19,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,SDRAM： 同步DRAM，Synchronous DRAM 信号与主板时钟同步,突发模式周期：5-1-1-1（133MHz，7.5ns时钟周期） 需要主板芯片组支持 PC66、PC100、PC133规范 1998年2001年,1. D
10、RAM 在PC中的应用,20,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,DDR SDRAM：双倍数据速率（Double Data Rate，DDR） 时钟的上升沿、下降沿各传送一次数据。,速度：SDRAM2 需要主板芯片组支持 2001年以后,1. DRAM 在PC中的应用,21,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,22,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,23,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM：同步动态存储器。 SDRAM（SDR SDRAM）：Single Data Rate DDR SDRAM：Double Data Rate DDR2 SDRAM DDR3 SDR
11、AM,24,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM：同步动态存储器。 SDRAM（SDR SDRAM） DDR SDRAM DDR2 SDRAM DDR3 SDRAM,25,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. 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。,26,5.3 DRA
12、M 5.3.3 内存条,2. 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(Burst Lengths，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。,27,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,SAMSUNG公司的SDRAM芯片：K4S511632D 8M416（32M 16 b
13、it） 3.3V电源 4个体（bank） CAS latency：2、3 Burst length：1、2、4、8 时钟周期：7.5 ns（133MHz） 刷新周期：64 ms,28,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 引线 电源、地： VDD VSS VDDQ VSSQ,29,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 引线 时钟：CLK 时钟允许：CKE 片选：nCS,30,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 引线 行选
14、：nRAS 列选：nCAS 写允许：nWE,31,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 引线 地址输入 行地址：RA0RA12 列地址：CA0CA9 bank地址输入 数据输入/输出 输出允许,32,33,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 功能,35,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 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（CAS Latency） 综合性能的评价 总延迟时间
15、系统时钟周期CL模式数存取时间,36,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 时序,37,38,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,2. SDRAM 2）典型芯片：,K4S511632D： 连接举例,39,32M16 SDRAM,32M16 SDRAM,40,41,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,3. DDR SDRAM,DDR SDRAM： Double Data Rate Synchronous DRAM,42,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,3. DDR SDRAM 1）DDR SDRAM 与SDRAM的不同,初始化：
16、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。,43,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,3. DDR SDRAM 1）DDR SDRAM 与SDRAM的不同,写入延时。 在写入时，与SDRAM的0延时不一样，DDR SDRAM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
17、迟时间。,44,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,3. DDR SDRAM 1）DDR SDRAM 与SDRAM的不同,突发长度与写入掩码。 在DDR SDRAM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(D
18、LL)，使内部时钟与外部时钟保持同步。,45,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,3. DDR SDRAM 2）DDR SDRAM 的 时序,46,47,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,4. DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM,49,SDRAM 内存条,DDR2 SDRAM 内存条,50,51,5.3 DRAM 5.3.3 内存条,4. DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM三星半导体： http:/ http:/ 第5章 存储技术,5.4 外存储器简介、存储卡,53,5.4 外存储器简介、存储卡,54,5.4 外存储器简介、存储卡,平均访问时间：光盘：80120ms 硬盘
19、：910msEPROM存储器：100400ns EDO内存：6080ns SDRAM内存：715ns SRAM Cache：15ns,外存,内存,ms,ns,55,5.4 外存储器简介、存储卡,外存,磁存储器光存储器半导体存储器：Flash Disk 电子盘,磁盘 磁带,软盘 硬盘 其它,CD、VCD、CD-R、 DVD、DVD-R、,320240,720480,N: 352240 P: 352288,56,5.4 外存储器简介、存储卡 一、磁盘,磁盘,软盘硬盘,5.25英寸：1.2MB 3.5英寸：1.44MB,IDE（ATA）接口（并、串） SCSI 接口,57,5.4 外存储器简介、存储
20、卡 二、光盘,发展史 技术指标 尺寸 存储容量：CD-ROM 650MB700MB DVD 4.7GB17GB 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 650MB,60分钟 4.7GB,Digital Versatile Disc,Compact Disc,58,5.4 外存储器简介、存储卡 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,59,5.4 外存储器简介、存储卡 三、存
21、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,60,5.4 外存储器简介、存储卡 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）,61,5.4 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,62,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 1. 多媒体存储卡MMC,MMC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2.73.6 V，低电压为1.651.95 V，可选。 卡与主控制器间串行传送，工作时钟频率范围为020MHz。 MMC总线上最多可
22、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：24 mm32 mm1.4 mm和24 mm18 mm1.4 mm。 总线结构简单，只有7个信号接点。,63,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 1. 多媒体存储卡MMC,MMC的结构,64,5.4 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,65,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 2. 安全数字卡(SD卡),SD卡是Secure Digital Card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
23、(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。,66,5.4 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1.63.6 V之间。 卡的工作时
24、钟频率为025 MHz。 在SD总线上不超过10个卡时，可达到10 MB/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24 mm32 mm1.4 mm，厚卡24 mm32 mm2.1 mm。 总线结构简单，使用9个信号接点。,67,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 2. 安全数字卡(SD卡),SD卡的结构图,68,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 2. 安全数字卡(SD卡),SD系统的结构形式,69,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 2. 安全数字卡(SD卡),SD与MMC的主要不同： 总线宽度。MMC的数据线
25、只有1条，只能用一条线串行传送数据；而SD有4条数据线，它既可以只用1条数据线串行传送数据，也可以用4条数据线同时并行传送数据。 系统总线结构。MMC采用的是总线结构；SD系统采用的是星形结构。 初始化命令。MMC的初始化命令是CMD0、CMD1、CMD2和CMD3；而SD的初始化命令是CMD0、CMD41、CMD2和CMD3。 操作命令。SD比MMC多出几条操作命令，而增加的这些命令使SD的性能更好。 工作频率。SD的工作频率为25 MHz；而MMC的工作频率为20 MHz。,70,5.4 外存/存储卡 三、存储卡 2. 安全数字卡(SD卡),SD与MMC的主要不同： 数据保护。SD有防复制
26、保护和写保护开关，数据更安全；MMC没有这样的功能。 1号接点。MMC的1号接点空着没用；而SD将它用于数据传送和卡的检测。 内部寄存器。SD的CSD和CID在结构上与MMC的CSD和CID不相同。同时，SD增加了一个16位的SD卡配置寄存器SCR。 流读/写功能。前面描述过MMC支持数据流的读/写功能；而SD系统中不支持这种读/写功能。 I/O模式。MMC可以工作在I/O模式下；而SD系统中不支持这种工作模式。,71,本章小节：,常用存储器芯片及连接使用 SRAM EPROM E2PROM DRAM、SDRAM、DDR SDRAM DRAM：基本概念、读写时序。 SDRAM、DDR SDRAM：了解。 存储卡：了解。,72,作业：,Page 242243，习题 5.5 RAM与8088系统总线的连接、编程 5.10 RAM与8086系统总线的连接 5.13、5.14（选作，可参考 Page 205） E2PROM与8088系统总线的连接、编程,
