第四章-存储系统20171020

第四章存储系统4.0存储系统概述4.1存储器分类4.2计算机的多级存储层次4.3嵌入式系统总线4.4S3c2440存储系统

存储器是计算机系统中用来存放程序和数据的基本单元或设备。存储器容量愈大，能存放的信息就愈多，计算机的能力就愈强。

存储器作为计算机系统的重要组成部分，随着更好的存储载体材料的发现及生产工艺的不断改进，争取更大的存储容量、获得更快的存取速度、减小存储器载体的体积以及降低单位存储容量性价比等方面都获得快速的发展。

1.要求：

计算机系统对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，但这三者在同一个存储器中不可兼得。2.解决：

采用分级存储器结构，通常将存储器分为CPU寄存器、高速缓冲存储器、主存储器和外存存储器四级。计算机系统中存储器的配置存储元(存储位)存储单元按字编址与按字节编址每一个存储单元的位数是不同的；按字编址可以增加存储空间；按字节编址便于对字符进行处理。存储器存储器所包含的存储单元个数称为存储器的容量，内存的容量与地址线的宽度有关；内存的容量通常是以字节来度量的(如：KB、MB、GB、TB等)，因此对于相同的地址线宽度，按字编址与按字节编址其最大存储空间是不同的。4.1存储器分类一、存储器分类1.按所处位置及功能分类内存储器—

半导体存储器外存储器—

磁存储器和光存储器

总线CPU内存外存2.按存储载体材料分类半导体材料—

半导体存储器：TTL型、MOS型、ECL型、I2L型等；磁性材料—

磁带存储器、软磁盘存储器和硬磁盘存储器等；光介质材料—CD-ROM、DVD等。

3.按存储器的功能来分类

按存储器与CPU的关系分类控制存储器CM、主存储器MM、高速缓冲存储器Cache、外存储器EM；4.按存储方式分

随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。半顺序存储器：磁盘、光盘。5.按存储器的读写功能分(存储内容可变性)只读存储器(ROM)：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器；随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入的半导体存储器、磁盘、磁带。6.按信息的可保存性分(易失性)非永久记忆的存储器(易失性存储器)：断电后信息即消失的存储器，半导体读写存储器(RAM)；永久记忆性存储器(非易失性存储器)：断电后仍能保存信息的存储器，半导体只读存储器(ROM)、磁盘、磁带、光盘。存储器的分类按存储介质分类半导体存储器磁介质存储器光存储器Multi-SRAMNV-SRAMFIFOCache双极型：存取速度快，但集成度低，一般用于大 型计算机或高速微机中；MOS型掩膜ROM一次性可编程PROM紫外线可擦除EPROM电可擦除E2PROM可编程只读存储器FLASH读写存储器RAM只读存储器ROM（按读写功能分类)（按器件原理分类）静态SRAM动态DRAM：

集成度高但存取速度较低

一般用于需要较大容量的场合。速度较快，集成度较低，一般用于对速度要求高、而容量不大的场合。(按存储原理分类)4.2计算机的多级存储层次4.2.1计算机的多级存储层次4.2.2嵌入式存储系统组织结构4.2.3计算机的相应存储介质4.2.1计算机的多级存储层次寄存器高速缓冲存储器(Cache)主存(大容量半导体存储器)辅存(磁盘、光盘存储器)大容量(海量)存储器(磁带存储器)属CPU主存储器属外部设备容量增大速度降低价格降低存储系统的分级结构CPU寄存器Cache主存磁盘磁带磁盘Cache光盘存储系统的分级结构4.2.2嵌入式存储系统组织结构1.对于简单的嵌入式系统来说，没有必要把存储系统设计为4级，最简单的嵌入式系统只需要寄存器和主存储器即可。2.寄存器是包含在微处理器内部的，是微处理器核的重要组成部分，它用来作指令执行时的数据存放单元，用来存放操作数或者指令执行后的结果。如ARM9微处理器核中的R0~R15寄存器等。

嵌入式存储系统组织结构

3.主存储器是程序执行代码及数据的存放区，通常存放指令代码的存储器是非易失性的存储器，如NORFlash类型的存储芯片，存放数据的存储器是易失性的存储器，如SDRAM类型的存储芯片。4.2.3寄存器存取速度最快；成本最高；容量最小；通用寄存器常用于存放运算的操作数和运算过程中的中间结果。主存储器(内存)按地址进行访问；访问任何单元所需的时间相同；容量、速度和价格均介于寄存器和外存储器之间；属非永久性存储器，断开电源后，数据会丢失。磁芯存储器内存条：

所谓内存条就是将多片存储器芯片焊在一小条印制电路板上做成的部件，将内存条按规定的接口插槽，插入计算机主板上构成内存储器系统。

SIP（SingleIn-linePackage，单排直插式）内存条SIMM（SingleIn-lineMemoryModules，单排直插式内存模块）内存条DIMM（DoubleIn-lineMemoryModules，双列直插式内存模块）内存条

高速缓冲存储器(Cache)被集成在CPU内，也可在CPU与主存之间设置；Cache及Cache与主存之间的信息交换对于程序设计者(包括系统程序员)都是透明的；它的存储速度高于主存，成本高于主存，容量小于主存；它主要用来解决CPU与主存之间的速度匹配问题;在系统需要时，将内存中的数据整批调入Cache，其调度的算法由系统设计者完成，CPU直接对Cache进行数据存取，从而提高速度。辅存储器(外存)磁盘：软盘Floppydisk硬盘Harddisk光盘Opticaldisk磁带Magnetictape磁盘与磁带被称为磁表面存储器辅存储器(外存)存取时间与存储单元的物理位置有关；存储容量大，位价格低；磁表面存储器的记录介质可以重复使用；记录信息可以长期保存而不丢失，并可以脱机存档；采用非破坏性读出，读出时不需要再生信息。磁盘由某种基质材料制成的薄的、可以旋转的盘片，表面有磁介质的涂层以存储数据。存放程序和数据；根据基质材料的不同可分为软盘和硬盘；硬盘又可根据组成系统的方式不同分为盘片、盘组、盘阵列。磁盘存储系统磁道分为扇区盘盘旋转臂移动存取臂读/写头软盘仅由一张软质聚酯塑料溥片为基质的盘片组成，双面记录数据；8英寸，5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸；3.5英寸软盘：封装在硬的塑料盒子里，容量1.44MB；Zip盘：几百MB；

软盘：1.44MB软驱3.5寸软盘硬盘容量大，一般由多个刚性盘片组成盘组；磁头不与盘片表面接触，而是靠气流“浮”在上面；划道硬盘：光盘5英寸盘，由反射材料组成，通过在反射层上创建反射偏差的方法在上面记录信息。这种信息可以通过激光束检测出来；螺旋形磁道(从内向外)、扇区——2KB：长而连续的数据串；如需要随机存取，同心圆磁道的磁盘较好。CD---ROM光盘光驱光盘背面光盘正面磁带信息存储在一条细薄的塑料带的磁介质涂层上；通常有9条磁道。磁带磁带U盘存储器为半导体存储器，它的存储介质是快闪存储器(FlashMemory)；可重复擦写达100万次；防潮，耐高低温(-40C~+70C)；有写保护功能；使用USB2.0接口，无需外接电源，不使用驱动器；支持即插即用和热插拔；存取速度大约是软盘的15倍，读写大文件要比小文件快；体积小，重量轻，便于携带；防震性能好，因为它采用无机械装置、结构坚固；多种规格：32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB、2GB、4GB、8GB、16GB等。U盘存储器4.3

嵌入式系统总线存储器是嵌入式系统中的主要硬件部件，用于存储指令码及相关的数据。目前有许多嵌入式CPU芯片内部集成有一定容量的易失性及非易失性的存储器。但也有需要扩展外部存储器芯片的。总线

总线是把微处理器与存储器、I/O端口及设备相连接的信息通道，但总线并不仅仅指的是一束信号线，而应包含相应的通信协议和规则。在嵌入式系统中，按照使用场合的不同，我们可以把总线分成：（1）片上总线（2）板级总线（3）系统级总线AMBA总线片上总线即是微处理器芯片内部的总线，典型的如ARM公司提出的AMBA总线。板级总线板级总线是指板卡中芯片与芯片之间、或者板卡与板卡之间的连接总线。典型的如PC-104总线、PCI总线等。但是，嵌入式系统由于受到应用条件的约束，特别是体积方面的约束，因此，在构建板级目标系统时，往往并未采用标准化的总线，而是直接完成芯片与芯片引脚间的连接。嵌入式系统的板级目标系统硬件平台设计时，主要完成的任务是把微处理器芯片与其它芯片进行有机的连接。其它板级总线标准（1）PC-104总线

PC-104总线是专门为控制领域的应用而定义的嵌入式系统总线，它支持采用堆栈结构的总线形式，通过PC-104总线，可以把各板卡叠加在一起，从而构建小型的、高可靠性的嵌入式系统。（2）STD总线

STD总线也是在工业控制领域被使用的一种嵌入式系统板级总线（3）PCI总线

PCI总线是PC机中被广泛使用的板级总线标准。在有些嵌入式系统中，也会采用PCI总线作为其板级总线。4.4S3c2440存储系统4.4.1S3c2440存储系统概述4.4.2S3C2440芯片总线—引脚4.4.3S3c2440存储空间特点4.4.1S3c2440存储系统概述

S3C2440是Samsung公司的一款高性能16/32位RISC微控制器内含一个16/32位ARM920TRISC处理器核该芯片功耗低，性能高，周边接口丰富。S3C2440比较重要的片内外围功能模块包括：外部内存控制器LCD接口3个UART通道/2个SPI通道4个DMA通道1个I2C通道/1个I2S通道1个SD卡/MMC卡接口2个USB主机接口/1个USB设备接口4个PWM定时器和1个内部定时器1个看门狗定时器117个可编程的I/O口/24个外部中断源电源控制器，支持Normal、Slow、Idle及Power-off等4种模式。8通道10bitADC和触摸屏接口带日历功能的实时时钟带PLL的片上时钟发生器。系统总线仲裁器4.4.2S3C2440芯片总线—引脚封装与引脚信号：S3C2440微控制器是289-FBGA封装其型号可以分成：addr0---addr26、Data0---data31、GPA0---GPA22GPB10、GPC15、GPD15、GPE15、GPF7、GPG15、GPH10、EINT23、nGCS0—nGCS7、AIN7、IIC、SPI、OM0---OM3等，大部分都是复用的S3C2440芯片总线1.S3c2440芯片的289条引脚中，按照功能分类主要是地址类信号引脚、数据类信号引脚、控制类信号引脚、以及I/O部件的接口功能引脚等。2.nGCS0—nGCS7信号引脚是芯片选择信号引脚（俗称片选信号），S3c2440芯片把外部存储空间划分为8个块，每个存储块的存储空间是128MB，区分8个存储块的地址空间是通过片选信号nGCS0—nGCS7来实现的。3、控制类信号引脚总线控制信号OM1、OM0：这2根信号线是S3C2440的模式选择信号引脚，用来确定芯片的模式以及数据线的宽度。OM[1：0]=00时，处理器从NANDFlash启动OM[1：0]=01时，处理器从16位宽度的ROM启动OM[1：0]=10时，处理器从32位宽度的ROM启动。OM[1：0]=11时，处理器从TestMode启动。4、I/O部件接口引脚这类功能的引脚有许多，主要是完成相应的接口部件功能，例如：UART的串口通信引脚、LCD显示器接口引脚、摄像头接口引脚等。5、其它功能类引脚其它功能类引脚主要包括：JTAG调试接口引脚、复位引脚、时钟电路引脚、以及电源引脚等。

4.4.3S3c2440存储空间特点S3c2440芯片内部是没有集成主存储区的，因此，若以S3c24