铁电存储器的原理及应用

Ramtron推出首款2兆位串行F-RAM存储器FM25H20

类别：新品推荐发布时间：2008-4-17 阅读：879

Ramtron推出首款2兆位串行F-RAM存储器，采用8脚TDFN (5.0 x 6.0 mm) 封装。FM25H20采用先进的130纳米CMOS工艺生产，是高密度的非易失性F-RAM存储器，以低功耗操作，并备有高速串行外设接口(SPI)。该3V、2Mb串行F-RAM器件以最大的总线速度写入，具有几乎无限的耐用性，通过微型封装提供更大的数据采集能力，使系统设计人员能够在计量和打印机等高级应用中减少成本和板卡空间。

FM25H20是串行闪存的理想替代产品，用于要求低功耗和最小板卡空间的精密电子系统中，包括便携式医疗设备如助听器等，它们实际上是微型数据处理器，但受到空间有限及功耗低的限制。与闪存相比，F-RAM的优势包括大幅降低工作电流、写入速度更快、写入耐用性更比闪存高出多个数量级。

Ramtron 战略市场拓展经理Duncan Bennett 解释道：“对于那些需要在其新一代应用中提高数据采集能力，却不增加板卡空间的计量和打印机客户而言，这款2Mb 串行F-RAM 是自然的产品延伸。FM25H20以相同的小占位面积，为半兆位串行F-RAM 客户提供高达四倍的存储能力。除提升现有系统外，这种技术发展还推动F-RAM 进入多个需要低功耗存储器而空间严重受限的新兴市场，如便携式医疗设备。”

FM25H20是256K x 8位非易失性存储器，以高达40MHz的总线速度进行读写操作，具有几乎无限的耐用性、10年的数据保存能力，以及低工作电流。该器件设有工业标准SPI接口，优化了F-RAM的高速写入能力。FM25H20还备有软件和硬件写保护功能，能避免意外的写入与数据损坏。

该2Mb串行F-RAM以低功耗工作，在40MHz下读/写操作的耗电低于10mA，待机状态下耗电为80μA (典型值)，超低电流睡眠模式下耗电为3μA (典型值)。FM25H20与同等串行闪存器件接脚兼容，并且具备快速存取、高耐用性和低工作电流等特性，比较闪存更为优胜。该器件在整个工业温度范围内(-40℃至+85℃) 于2.7至3.6V电压下工作。

FM25H20以德州仪器|仪表公认的130纳米CMOS制造工艺为基础。在标准CMOS 130 n m逻辑工艺内嵌入非易失性F-RAM模块，仅使用了两个额外的掩模步骤。

供货

FM25H20现提供样品，并采用符合RoHs要求的8脚TDFN封装，与8脚SOIC封装器件占位面积兼容。

铁电存储器的原理及应用

摘要：本文主要介绍了铁电存储器FM20L08的原理及应用。该存储器不仅克服了EEPROM 和Flash存储器写入时间长、擦写次数少等缺点，而且增加了电压监控器和软件控制的写保护功能，1MB的存储容量足以替代静态随机存储器。介绍FM20L08的引脚功能和工作原理，并在此基础上给出基于FM20L08的高速数据存储系统的设计方案及与单片机的接口电路。关键词：铁电存储器；FM20L08；高速数据记录；应用

1 引言

在一些需要下位机单独工作的场合(如汽车行驶记录仪、高速存储测试设备等)，其数据的高速存储和掉电不丢失尤为重要。Ramtron公司推出的FM20L08型非易失性铁电存储器除具有其他铁电存储器的一般特点外，弥补了已有铁电存储器存储量小的缺点，其数据存储量达l MB，可完全替代标准异步静态随机存储器(SRAM)。

2 FM20L08的特点和引脚功能

FM20L08型非易失性铁电存储器的存储容量为128 Kx8位，可无限次擦写，掉电后数据可保存10年，工作电压为3 V，最大功耗电流为22 mA，采用32引脚TSOP型封装。图1示出FM20L08的引脚排列，表l示出FM20L08的主要引脚功能。

FM20L08内存分为8个页面，每个页面可分为16 Kx8 bit，由地址总线的低3位选择不同的页面。新增加的页面操作模式的操作速率为33 MHz。FM20L08增加了软件控制写保护功能，存储序列按地址排成8个区域，每个区域都能通过软件单独设置写保护，不需要其他硬件或改变引脚排列。

FM20L08新增内部电压监控器驱动LVL(Low Voltage Lockout)信号，用于监控电源的供电情况。当电源电压下降到临界值以下时，LVL输出低电压信号，显示电路处于写保护状态。LVL信号处于低电平时，存储器可以自动阻止无意读写和防止存储页面数据的破坏。

3 FM20L08工作原理

3.1 页面操作模式

FM20L08给用户提供快速访问任意页面的操作，而且对页面的访问不需要CE信号有效。对于页面模式读操作，只要数据位连在总线上，通过地址总线低3位选择不同页面，便可读取存储器上的数据。对于页面模式写操作，需要第1个写脉冲定义第一次写操作。当CE为低电平时，写脉冲连同1个新的地址进行页面模式写操作。图2示出页面模式读操作时序。图3示出页面模式写操作时序。

3.2 电压监控器

FM20L08内部的电压监控器不断检测电源电压，当VDD低于临界指示电压VTP时，LVL输出低电平信号，存储器处于受保护状态，阻止电源电压太低和无意干扰信号访问存储器。这并不代表LVL信号可以用于系统复位，因为系统主机可能在低于电路特殊电压时进行写操作。LVL引脚用于存储器是否闭锁的状态指示。电源电压超过门限电压VTP时要经历延时tPULV后LVL才变高电平，在这个时间段里存储器可以被访问。

3,3 软件写保护

存储器128 Kx8位的地址空间有8个区域，每个区域的地址空间为16 Kx8位。每个区域独立进行软件写保护，而且是非易失性的。写保护由8位数据组成，具体分区如表2所示。首先在规定地址置入数据，写保护区域标志位为高电平；其后在另一规定地址置入数据，写保护区域标志位为低电平；再在规定地址写入任意数据并返回普通模式。对区域O、l、4的写保护过程如表3所示。

4 FM20L08的应用

在对爆炸过程中的温度、冲击波和压力等参数进行实时采集和记录时，为了更好地了解爆炸过程的情况，必须有高速的数据采集和大量的数据存储作保证。铁电存储器的高速写入和掉电数据不丢失特性完全适合此类情况，但以往的铁电存储器最大容量只有256 KB，单个存储器无法对整个作用过程进行记录，FN20L08正好解决了存储容量小的问题。爆炸前在目标区域放置多个数据采集系统，接通电源，启动单片机内部程序，等待信号出现。起爆后，冲击波传感器和温度传感器将被测信号经调理电路送入单片机，单片机首先判断输入信号值是否大于门限值，只有输入信号值大于门限值才能存储在铁电存储器的存储单元内，并在一定时间后关闭存储器。试验完毕，工作人员可将采集到的数据在PC机上显示。图4示出由单片机控制FM20L08的原理图。

5 结束语

本文介绍了FM20L08铁电存储器的原理及应用，给出了测量爆炸过程温度、冲击波信号的应用及单片机控制的硬件电路。该设计可以直接或稍加改动移植到汽车行驶存储测试系统等类似的系统中。用该电路作为测量爆炸参数的设备，具有写入速度快、数据存储容量大、可靠性高等优点。模拟试验证明可以满足测量要求，可以实现现有爆炸试验过程的数据记录，具有较高的经济效益。

铁电存储器的三个典型应用

摘要:铁电存储器(FRAM)以其非挥发性,读写速度块, 擦写次数多,和低功耗等特点被广泛应用各行各业. 文章首先介绍铁电的原理, 之后分别介绍铁电储存器在电表, 税款机, 和电子道路收费系统的典型应用.

关键词: 铁电储存器, 应用

1 铁电储存器的原理

上图是铁电的原子结构图. 当一个电场施加到铁电晶体时, 中心原子会顺着电场的方向在晶体里移动. 当原子移动通过一个能量壁垒时, 会引起电荷击穿. 内部电路感应到电荷击穿并设置储存器. 移去电场后, 中心原子保持不动, 储存器的状态也得以保存.铁电储存器不需要定时更新, 调电后数据却能够继续保存, 速度快而且不容易写坏. 铁电储存器就是根据该原理设计而成.

2 铁电储存器的典型应用

2.1 铁电存储器在电表存储中的应用

2.1.1 概述

在电子技术日新月异、新型多功能电能表层出不穷的今天，电能表中存储器的选择也是多种多样，存储器的好坏直接关系到电能表的正常使用和测量精度。目前应用最多的方案仍是SRAM加后备电池、EEPROM、NVRAM这三种。但这三种方案均存在着缺陷。其中SRAM 加后备电池的方法增加了硬件设计的复杂性，同时由于加了电池又降低了系统的可靠性；而EEPROM的可擦写次数较少(约100万次)，且写操作时间较长(约10 ms)；而NVRAM的价格问题又限制了它的普及应用。因此，工程人员在设计电能表的存储模块时，往往要花很大的精力来完善方案，才能使电表数据准确无误的写入存储器中。由于所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。

鉴于以上情况，越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(FRAM)。铁电存储器具有以下几个突出的优点：

i. 读写速度快。串口FRAM的时钟速度可达20 MHz，并口FRAM的访问速度达70 ns，几乎无须任何的写入等待时间，可认为是实时写入，所以不用担心掉电后数据会丢失；

ii. 擦写次数多。一般认为FRAM的擦写次数为100亿次，而最新的铁电存储器的写入次数可达一亿亿次，这几乎可以认为是无限次；

iii. 超低功耗。FRAM的静态工作电流小于10μA，读写电流小于150μA。

2.1.2 FM25640与MCU的连接图

上图是一款适用于电表设计的方块图，其MCU还具有一个带有红外功能的串行通信接口SCI，一个高速SPI，8个键盘输入中断，以及内部LCD驱动模块，因而节省了外挂液晶驱动芯片。系统中的电能计量芯片使用ADI公司的三相电能计量芯片ADE7755/8，该芯片精确度高，可以提供有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值和电流有效值等多项数据，具有两路脉冲输出，同时也带有SPI串口。由于SPI接口可支持多个器件挂在同一个总线上，并可通过片选信号区分每一个器件，因此，将FM25640和ADE7755/8都通过SPI 接口与单片机相连，并将MCU的两个I／O口分别与FM25640和ADE7755/8的片选端CS 相连接，就可以实现片选。

2.1.3 工作过程

本电表系统上电复位后，首先将进行一系列的初始化操作，包括单片机的时钟发生模块的寄存器设置、系统时钟的选择、I／O口输入输出的设置、SPI的控制寄存器的初始化、以及开中断允许等。然后再进行ADE7755/8的模式设置。在这些初始化工作完成后，ADE7755/8便开始将检测到的各个电能数据存放在相应的内部寄存器中。单片机通过I／O 口给ADE7755/8的CS端一个低电平，即可选中ADE7755/8，之后再由ADE7755/8把电能数据通过SPI接口传输到单片机的RAM中。单片机在对数据进行处理后，再通过I／O口给FM25640的CS端一个低电平，以选中FM25640，同时调用写数据的子程序，将数据存储到FM25640中去。之后每隔一分钟，单片机便发出一次更新数据的命令，重复上述操作过程。由于每隔一分钟更新一次数据，这样，一年365天的擦写次数为1×60×24×365，即525600次，而FM25640的擦写次数达100亿次，按这样计算，FM25640可以工作的年数为19025年!因此，如果系统要求更低的实时性，则完全可以减少更新数据的周期，而FM25640出色的擦写性能完全可以满足该要求。另外, 在要求更高的系统实时性方面, 也不

必担心数据传输过程中掉电时数据的丢失，因为FM25640几乎可以认为是实时写入，无须任何等待时间，从而保证了系统具有很高的实时性和可靠性。

2.1.4 结束语

FRAM是一高可靠性的非挥发性储存器,适合于各种电表的应用。在未来的几年，其存储密度也将不断持续提升,成为储存主流之一，逐渐替换现有的储存记忆体，提供了其它存储记忆体无法解决的方案优势。

2.2 铁电存储器在税控机中的应用

2.2.1 概述

许多使用电子电气设备的场合都需要采集现场数据(如电表、水表、煤气灌装车间、加油站、税控机及一些破坏性实验装置等)。特别是税控机系统的实时数据保存方式、存取速度、使用寿命及防篡改是需要电子开发人员仔细衡量的问题。

税控机就是在原有电子收款机上加上税控功能，所以税控功能和资讯储存是整个系统的关键所在。当前其资讯储存的非易失性数据存储方案有静态存储器SRAM加电池的组合、FLASH 闪存芯片、EEPROM和铁电存储器FRAM (Ferroelectric Random Accessmemory)等。SRAM 加电池的组合容易因电池掉电被数据篡改，而FLASH闪存芯片和EEPROM则有寿命问题，故具有读写速度快、无限次擦写及低功耗的特点的FRAM则成为开发人员的最佳存储器选则。

2.2.2 系统结构

下图所示是一典型的税控机方块图，数据采集系统利用铁电存储器方便的随采随存特点，来对每次的数据进行处理。

2.2.3 工作过程

图中的MCU为单片机主控制器，用于控制与作业装置的通信和数据采集、保存、显示，以及键盘扫描等；FRAM是铁电存储器，可保存采集到的数据和采集数据的时间及读写FRAM 的地址；身份识别是ID卡读卡模块，每台税控机需要用两张卡，分别是税控卡和用户卡，税控卡在出厂时已经在税控机内，用户持有用户卡，系统会提示用户在适当的时候插入税控机使用以读取操作员的工作号码,以便于责任管理；数据采集通道用的是工业上最常见的RS232总线．它有两个功能，即与作业设备的通信和单片机程序的下载；液晶模块可实时显示工作状态信息；键盘可方便工作人员设置系统参数并向作业装置发送命令；Printer可以列印发票以及报表。

2.2.4 结束语

铁电存储器因其读写次数几乎可以接近无限次，而且具有速度快、功耗低和操作方便等优点，日益受到电子工程师的关注，在数据采集系统中用FRAM实时保存数据的方法可使税控机的数据更可靠，软件编程更容易用性。

2.3 铁电存储器在电子道路收费中的应用

2.3.1 概述

电子道路收费系统（Electronic Toll Collection，缩写ETC；或Electronic Road Pricing System，缩写ERPS）是一种自动收费方式，通常被使用于高速公路或收费的桥梁或隧道，也被使用于实施市中心道路收费，以减轻交通挤塞的地区。

现行电子道路收费系统是使用于行进中的车辆，所以一般都采用RFID的无线传送方式作为资料收发，由于现行RFID的读写距离非对称,所以典型的电子道路收费系统均采用有源标应答器在系统应用中作为资料读写，这使得系统成本增加且需更换电池。RAMTRON的FRAM产品具有低功耗、快速写入的能力，在非接触式记忆体应用领域中具有相等读写距离的特性可提供比较好的解决方案。应用在电子道路收费系统中，可以在等功耗的环境下，达到15米以上的读写距离，因而改变系统架构由有源标应答器变为无源应答器，这不但能节省系统成本同时还能提高产品可靠性。当系统性能得到提升，则系统可以选择收集更多的资料类型、或以更高频率收集资料。此时铁电(FRAM)记忆体的优点会转变为直接而明显的系统优点，例如快速的写入周期能让系统在更短的时间内收集到更多的资料。

2.3.2 系统架构

以下是典型电子道路收费系统架构

2.3.3 工作过程

PC 数据库为后台管理资料库，用于车辆管理及收费记录控管，可保存采集到的数据以及采集数据的时间；应答器(标签)置于车辆前挡风玻璃作为车辆识别,以及储值卡内含FRAM铁电存储器；读卡器用于发射功耗强度固定,得到RF讯号后以读写应答器；天线安装于车道上方作为数据采集的收发天线。

2.3.4 结束语

铁电存贮器（FRAM）的等距离读写特性快速擦写和非易失性等特点带来无线应答器的技术革命，令系统工程师可以缩小现有大体积的有源应答器成为无源的小型应答器，简单地扩展了应用范围，节省了功耗, 成本, 空间，同时增加了整个系统的可靠性。在接下来几年，会有越来越多的电子道路收费系统采用FRAM应答器，因为FRAM技术提供了其它RFID 记忆体无法解决或满足的方案优势。

铁电存储器在仪表中的应用

摘要：FRAM 是一种新型存贮器，最大特点是可以随总线速度无限次的擦写，而且功耗低。FRAM性能优越于EEPROM A T24C256。

关键词：存贮器；FM24C256；AT24C256；EEPROM

一．概述：

FRAM是最近几年由RAMTRON公司研制的新型存贮器，它的核心技术是铁电晶体材料，拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。FM24C256是一种铁电存贮器（FRAM）,容量为256KBIT存贮器，它和AT24C256容量等同，总线结构兼容，但FM24C256的性能指标远大于AT24C256。在存贮器领域中，

FM24C256应用逐渐被推广和认可，尤其是大容量存贮器，它的优良特性远高于同等容量的EEPROM。在电子式电能表行业中，数据安全保存是最重要的。随着电子表功能的发展，保存的数据量越来越大，这就需要大容量的存储器，而大容量的EEPROM性能指标不是很高，尤其是擦写次数和速度影响电能表自身的质量。FM24C256在电能表中的使用，会提高电能表的数据安全存贮特性。

二．铁电存贮器（FRAM）FM24C256的特性：

传统半导体记忆体有两大体系：易失性记忆体（volatile memory）和非易失性记忆体（non-volatile memory）。

易失性记忆体像SRAM和DRAM在没有电源的情况下都不能保存数据。但这种存贮器拥有高性能、易用等优点。

非易失性记忆体像EPROM，EEPROM和FLASH 能在断电后仍保存数据。但由于所有这些记忆体均起源自ROM技术，所以不难想象得到他们都有不易写入的缺点：写入缓慢、读写次数低、写入时工耗大等。

FM24C256是一个256Kbit 的FRAM，总线频率最高可达1MHz，10亿次以上的读写次数，工耗低。与典型的EEPROM AT24C256相比较，FM24C256可跟随总线速度写入，无须等待时间，而AT24C256必须等待几毫秒（ms）才能进行下一步写操作。FM24C256可读写10亿次以上，几乎无限次读写。而AT24C256只有10万之一百万次读写。另外，AT24C256读写能量高出FM24C256有2，500倍。从比较中看出，FM24C256包含了RAM技术优点，同时拥有ROM技术的非易失性特点。

三．FM24C256的应用：

在仪表设计中，数据的安全存贮非常重要。如电子式电能表，它在运行期间时刻都在记录数据，

如果功能设计比较多，那么保存的数据量大，擦写次数比较多。这要求有一个高性能的存贮器才能满足要求。现在的仪表设计，寿命要求长，数据保存安全期长。目前，FM24C256是非常适合仪表设计要求的存贮器。它的性能指标完全达到设

计要求，解决了仪表中的设计忧虑。更重要的是，它的存贮时间短，能够在极短的时间内保存大量数据，解决了仪表在突然断电时数据及时、安全的存贮。RAMTRON公司研制的FM24C256，为了普及使用，存贮指令和AT24C256兼容，只是在读写指令和应答是不需要延时，提高了擦写速率。封装体积、功能管角和AT24C256一样，使设计者容易接受和运用。

小结：

FM24C256 是一种高性能的存贮器，性能指标远远大于EEPROM。在电子式电能表应用中，数据擦写次数比较频繁，而且在掉电存贮时数据量大、时间短，怎样安全可靠快速的保存数据一个关键的技术。所以，FM24C256的优良特性非常适合仪表中使用，如电能表、水表、煤气表、暖气表、计程车表、医疗仪表等应用广泛。它的封装形式有SOIC和DIP。

铁电存储器FM3808在TMS320VC5402的应用

摘要：FM3808是Ramtrom公司生产的新型超低功耗非易失铁电存储器，该器件可支持对存储区的高速读写，并可进行近乎无限次的写入。FM3808内部除具有256kB的存储阵列外还集成了实时时钟和系统监控模块，因而功能十分强大。文中介绍了FM3808的性能特点、内部结构和工作原理，分析了TMS320VC5402 DSP的并行引导装载模式。给出了DSP与FM3808组成的并行引导接口方案。

关键词：铁电存储器数字信号处理器并行引导装载模式FM3808

1 引言

铁电存储器（FRAM）是Ramtron公司近年推出的一款掉电非易失性存储器，它的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料的运用使铁电存储器可以同时拥有随机存储记忆体（RAM）和非易失存储器的综合特性。与EEPROM相比，FRAM可以总线速度写入数据，且在写入之后不需要任何延时等待。面EEPROM的慢速和大电流写入使其需要用高出FRAM2500倍的能量去写入每个字节。同时，FRAM有近乎无限次的写入寿命，而且价格比相同容量的不挥发锂电SRAM低很多，因此，FRAM特别适合那些对数据采集、写入时间要求很高的场合。自FRAM问世以来，已凭借其各种优点被广泛应用于测量和医疗仪表、航空航天、门禁系统和汽车黑匣子等系统之中。

2 主要特性有内部结构

FM3808是一款存储容量为32k×8bits的新型FRAM（减16字节），它具有高速读写、超低功耗和无限次读写等特性。其主要特点如下：

*采用32752×8位存储结构；

*读写次数高达10 11次，具有10年的数据保存能力；

*最快并行读取速度为70ns，写入无延时；

*具有实时时钟和日历功能，时钟寄存器在地址空间的最上16字节处；

*外部供给后备电源，提供32.768kHz的时间记录晶振；

*具有可编程的实时、日历时钟和报警时间；

*可编程的看门狗定时器；

*可编程的电源监控模块。

FM3808芯片上集成了了三种不同的功能：32k×8B的存储单元、实时时钟、日历功能、系统监控功能。其结构框图如图1所示。

3 FM3808功能说明

3．1 FM3808实时时钟操作

实时时钟（RTC）由晶体振荡器、时钟分频器和一个系统寄存器组成。晶体振荡只有在控制寄存器器（7FF8h）的第7位设置为0时才能开始工作，时钟分频器将32.768kHz的信号分频成1kHz，并以秒为单位来计数，可以用标志寄存器（7FF0h）并通过设置R和W来对各实时钟寄存器进行读和写。实时时钟需要提供电源才能工作，当供电电压VDD下降到低于补给电压VBAK时，实时时钟电源由VBAK供给。对于FM3808来说，用户可以选择用电流做电源，也可以选择用电容来完成供电。使用1000μF的电容时，其供电时间可达30分钟，若使用0.4μF的电容，则供电时间可长达240小时。

当标志寄存器的第2位（CAL）设置成1时，实时时钟进入校准模式。在校准栻上，INT引脚将输出512Hz的方波，用户可以通过测量INT脚偏离512Hz的误差来进行时钟校准，校准误差由用户写入到7FF8h单元。在进行完时钟校准以后，在校准温度下每月的最大误差为±4.34ppm分，通过置CAL位为0可退出时钟校准模式。

3．2 FM3808监控操作

系统监控主要包括：报警功能、看门狗定时器、电源监控器和系统中断。

报警功能是把应用编程写入的时间值和系统相应的值进行对比，如果匹配，就通过INT产生中断并设置相应的标志位AF为1。报警功能提供有四种匹配值，分别为秒、分、时、日，通过设置相应的位为0可选择对比位。

看门狗定时器由可装载计数器和自由运行的计数器组成，看门狗定时器的工作频率为32Hz，此时晶振OSCEN必须设置为0。定时器溢出值存放在7FF7h。系统上电时会自动将溢出值加载到装载寄存器，此时自由运行计数器开始计时。当计数器的值与装载值之前，可以通过设置WDS位为1来重新装载溢出值，而此时不会有中断产生。

电源监控功能是将VDD与三个门电压相比比较。这三个门电压分别为中断门电压VINT、存储器停止门电压VLO、外部供给电压VBAK。当VDD达到不同的电压门限时，FM3808内相应的功能将停止工作。FM3808共可产生四个外部中断：看门狗中断、报警时钟中断、电源低电压中断和供给电源中断。

3．3 FM3808存储器操作

FM3808逻辑上可以分成32768×8位存储结构，最上面的16字节分给了实地时钟的寄存器。FM3808通过并行口与外部微处理器进行接口，其操作与SRAM十分类似。FM3808半存储单元分成32个块，每块由256行和4列即1k×8的结构组成。其中A0~A7为行选择线，A8~A9为列选择线，A10~A14为块选择线。FM3808芯片的CE不能接地，这与普通SRAM不同。FM3808的读取过程是这样的：在CE的下降沿，地址信号被锁存，并启动一个读周期，此后即使CE发生变化也不会影响这个周期的完成。由于FM3808需要在CE的下降沿才能锁

存地址信号，所以不能被CE接地，有效读时序如图2所示。

在读时间数据之前，需把7FF0.0设置为“1”，读出时间数据后，应将7FF0.0设置为“0”。在读数据时，当地址信号锁存后，在OE允许的情况下，DQ0~DQ7输出数据。FM3808共有两种写工作模式，一种是由WE来控制，另一种是由CE控制。由WE控制的写时序如图3所示。

虽然FM3808要求在CE下降之间，地址信号要存在5ns的时间，但实际应用证明，同时输出CE与地址信号的接法也是可以的。由于FRAM的读写过程会对内部存储单元造成改变，因此在一次读或写后，要很快对原有的数据进行“修补”。“修补”的过程在CE为高电平时进行，所以在一次读写的操作中，CE为低的时间不能太长，否则FM3808将来不及“修补”原有数据而造成数据丢失。FM3808规定CE为低的时间不超过10μs。

4 与TMS320C5402的引导接口

TMS320C5402上电后将首先检查MP/MC引脚的状态，若该脚为低电平，说明DSP被设置为微计算机模式，从片内ROM的0FF80h地址开始执行程序。在TMS320C5402的0FF80h 地址处，存放着一条跳转至0F800h处执行DSP自引导装载（Bootloader）程序的指令。当TMS320C5402的Bootloader程序时，它将会按HPI装载模式→串行EEPROM装载程序→并行装载模式→标准串行口装模式→I/O口装载模式的顺序循环检测，以决定执行哪种启动模式。

对以TMS320C5402为核心的数字信号处理系统来说，并行引导装载模式是最适用的。TMS320C5402的并行引导装载模式是将程序代码从外界存储器所对应的DSP数据导域区中加载到片内DARAM中。TMS320C5402的并行装载流程如图4所示。

采用并行装载模式对程序进行加载国时，要根据并行装载的格式来配置Flash的程序数据存储空间。可先在DSP对应的数据空间FFFEH和FFFFH地址内写入要存放程序的地址，然后根据并行装载的数据流，将标识控制字、各个寄存器的初始化值、装载后的起始运行地址、程序段的大小和装载地址依次写入Flash存储程序的地址中，电子最后写入编写的程序。

FM3808与TMS320C5402的并行接口设计如图5所示，由于FM3808的工作电源为5V，因而系统中使用了SN74LVTH6244和SN74LVTH2245来完成接口设计。又由于TMS320C5402数据的寻址范围最大为64k字，而在自己不编写Bootloader程序的情况下，并行引导装载模式最大只能装载32k字的程序或数据。因此，若程序数据大于32k，就需要重新设计。

TMS320C5402上电复位装载时，由于Bootloader程序已在初始化时将XF设置为高电平，因而在通过EPM3202总的逻辑后，TMS320C5402可以将FM3808 08000h-0FFFFh单元中的数据读到TMS320C5402对应于000h-3FFFh寻址区的片内DARAM中。而在系统进入并行引导装载模式后，TMS320C5402会从数据寻址为0FFFFh的单元（A15=1，选中Flash）中读取将要载入的程序存储区首地址，然后从程序存储首地址处将标识控制字、各个寄存器的初始化值、装载后的起始运行地址、程序段的大小，装载地址依次装载到片内DRAM中。

若程序较大，而系统中还要有其它数据存储器来存放数据，那么就需要让出FM3808所占用

的数据空间，此时可在EPM3202逻辑控制中使用XF。并可用主处理程序的第一条语句RSBX XF来置XF引脚为低电平，同时使CE片选无效，从而让出数据空间。若程序较小，而FM3808还需做为数据存储单元，那么可设置XF为高，然后通过CPLD中的逻辑程序来控制数据的写入和读出。CPLD的内部逻辑如图6所示。

5 设计中应注意的问题

（1）该设计方案在TMS320C5402执行Bootloader程序时所能寻址的并行接口FRAM的最大空间为32k字节，如果脱机独立运行系统的程序超过了32k字节，则只能采用另外的替代方法。

（2）FM3808中的程序数据流要严格按照并行装载的数据流来编写，以确保并行装载的成功。对FM3808数据的写入和读出应通过设置SN74LVTH2245的OE和DIR来共同完成，本系统就是通过CPLD来进行逻辑控制的，实际上也可用VHDL语言来编写逻辑。

（3）在设计过程中，可以利用FM3808中的看门狗电路来对系统运行进行监控。系统必须使用FM3808的低电压检测功能，在检测到掉电后，CPU应立即把CS端的电平置“1”，以防止在上电或掉电时FM3808中的数据发生改变。

6 结语

FM3808是拥有高速读写，超低功耗和无限次写入等特性的高性能并口存储器，它内部集成了实时时钟和系统监控功能，具有很强的实用性。通过FM3808与TMS320C540组成的硬件系统，可完成证实系统的稳定性和FM3808的性能优势。FRAM以其快速写入、抗干扰、低功耗等优点，必须成为一种颇具竞争力的存储器。

计算机组成原理第一章题目(含答案)

第一章计算机系统概论第一章单元测验 1、计算机硬件能直接执行的是 A、高级语言 B、机器语言 C、汇编语言 D、任何语言 2、下列说法中，错误的是 A、软件与硬件具有逻辑功能的等价性 B、固件功能类似软件，形态类似硬件 C、计算机系统层次结构中，微程序属于硬件级 D、寄存器的数据位对微程序级用户透明 3、完整的计算机系统通常包括 A、运算器、控制器、存储器 B、主机、外部设备 C、主机和应用软件 D、硬件系统与软件系统 4、计算机的字长与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存取速度 5、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存储数据位 6、下列属于冯?诺依曼计算机的核心思想是 A、存储器按地址访问 B、存储程序和程序控制 C、采用补码 D、采用总线

7、下列关于计算机系统层次结构的描述中，正确的是 A、不同层次面向不同用户，看到计算机的属性不同 B、低层代码执行效率比高层代码执行效率高 C、低层用户对硬件的透明性比高层用户要低 D、指令集架构层是软、硬件间的接口 8、下列关于硬件与软件关系的描述中，正确的是 A、硬件是软件运行的基础 B、硬件的发展推动了软件的发展 C、软件的发展也推动硬件的发展 D、软件能完成的功能及性能与硬件有关 9、下列关于计算机字长的描述中正确的是 A、字长一般与运算器的数据位相同 B、字长一般与通用寄存器的位数相同 C、字长一般与存储器数据位相同 D、字长一般与存储器的地址位相同 10、下列可用于评价计算机系统性能的指标是 A、MIPS B、CPI C、IPC D、字长 11、下列计算机系统性能评价的描述中正确的是 A、程序MIPS值越高，计算机的性能越高 B、程序的CPI值越低，计算机的性能越高 C、主频高的机器性能不一定高 D、同一程序在不同机器上运行时得到的MIPS值不一定相同 12、访问256KB的存储空间，需要的地址线数最少为( ）根？（只需要填阿拉伯数字） 13、程序必须存放在哪里才能被CPU访问并执行 14、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的CPI 为（保留到小数点后一位） 15、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的MIPS为（保留到小数点后一位） 参考答案如下：

铁电存储器原理及应用比较

铁电存储器原理及应用比较摘要：介绍铁电存储器（FRAM）的一般要领和基本原理，详细分析其读写操作过程及时序。将FRAM与其它存储器进行比较，分析在不同场合中各自的优缺点。最后以FM1808为例说明并行FPGA与8051系列单片机的实际接口，着重分析与使用一般SRAM的不同之处。关键词：铁电存储器 FRAM原理 8051 存储技术1 背景铁电存储技术最在1921年提出，直到1993年美国Ramtron国际公司成功开发出第一个4Kb的铁电存储器FRAM产品，目前所有的FRAM产品均由Ramtron公司制造或授权。最近几年，FRAM又有新的发展，采用了0.35μm工艺，推出了3V产品，开发出“单管单容”存储单元的FRAM，最大密度可在256Kb。2 FRAM原理FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，铁电晶体的结构如图1所示。铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件（诸如磁场因素）的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。FRAM的特点是速度快，能够像RAM一样操作，读写功耗极低，不存在如E2PROM的最大写入次数的问题；但受铁电晶体特性制约，FRAM仍有最大访问（读）次数的限制。2．1 FRAM 存储单元结构FRAM的存储单元主要由电容和场效应管构成，但这个电容不是一般的电容，在它的两个电极板中间沉淀了一层晶态的铁电晶体薄膜。前期的FRAM的每个存储单元使用2个场效应管和2个电容，称为“双管双容”（2T2C），每个存储单元包括数据位和各自的参考位，简化的2T2C存储单元结构如图2（a）所示。2001年Ramtron设计开发了更先进的“单管单容”（1T1C）存储单元。1T1C的FRAM所有数据位使用同一个参考位，而不是对于每一数据位使用各自独立的参考位。1T1C的FRAM产品成本更低，而且容量更大。简化的1T1C存储单元结构（未画出公共参考位）如图2（b）所示。2.2 FRAM的读/写操作FRAM保存数据不是通过电容上的电荷，而是由存储单元电容中铁电晶体的中心原子位置进行记录。直接对中心原子的位置进行检测是不能实现的。实际的读操作过程是：在存储单元电容上施加一已知电场（即对电容充电），如果原来晶体中心原子的位置与所施加的电场方向使中心原子要达到的位置相同，中心原子不会移动；若相反，则中心原子将越过晶体中间层的高能阶到达另一位置，在充电波形上就会出现一个尖峰，即产生原子移动的比没有产生移动的多了一个类峰。把这个充电波形同参考位（确定且已知）的充电波形进行比较，便可以判断检测的存储单元中的内容是“1”或“0”。[!--empirenews.page--]无论是2T2C还是1T1C的FRAM，对存储单元进行读操作时，数据位状态可能改变而参考位则不会改变（这是因为读操作施加的电场方向与原参考位中原子的位置相同）。由于读操作可能导致存储单元状态的改变，需要电路自动恢复其内容，所以每个读操作后面还伴随一个“预充”（precharge）过程来对数据位恢复，而参考位则不用恢复。晶体原子状态的切换时间小于1ns，读操作的时间小于70ns，加上“预充”时间60ns，一个完整的读操作时间约为130ns。图2 写操作和读操作十分类似，只要施加所要的方向的电场改变铁电晶体的状态就可以了，而无需进行恢复。但是写操作仍要保留一个“预充”时间，所以总的时间与读操作相同。FRAM的写操作与其它非易失性存储器的写操作相比，速度要快得多，而且功耗小。2.3 FRAM的读写时序在FRAM读操作后必须有个“预充电”过程，来恢复数据位。增加预充电时间后，FRAM一个完整的读操作周期为130ns，如图3（a）所示。这是与SRAM和E2PROM不同的地方。图3（b）为写时序。3 FRAM与其它存储技术比较目前Ramtron公司的FRAM主要包括两大类：串行FRAM和并行FRAM。其中串行FRAM 又分I2C两线方式的FM24××系列和SPI三线方式的FM25xx系列。串行FRAM与传统的24xx、25xx型的E2PROM引脚及时序兼容，可以直接替换，如Microchip、Xicor公司的同型号产品；并行FRAM价格较高但速度快，由于存在“预充”问题，在时序上有所不同，不能和传统的

计算机组成原理第四版课后习题答案完整版

第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的； 数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。 两者主要区别见P1 表1.1。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。 分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。

3．数字计算机有那些主要应用？ （略） 4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。 存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中； 程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。 主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？ 解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容 量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。 单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单

元都有唯一的地址编号，称为单元地 址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。 指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？ 解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。 程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。 7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的 信息即为数据信息。 8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

铁电随机存储器(FRAM)的工作原理(EN)

Technology Note Sept. 2007 Ramtron International Corporation 1850 Ramtron Drive, Colorado Springs, CO 80921 (800) 545-FRAM, (719) 481-7000, Fax (719) 481-7058 F-RAM Technology Brief Overview Established semiconductor memory technologies are divided into two categories: 1. RAMs are Random Access Memories, which simply means that the access time for reads and writes are symmetric. 2. Nonvolatile memories have traditionally been ROM (Read Only Memory) until the advent of floating gate technology, which produced electrically erasable memories such as Flash and EEPROM. These products allow for in-system programming but read and write access times are dissimilar. In fact, the write access times can be several orders of magnitude greater than the read access times. Ferroelectric Random Access Memory or F-RAM has attributes that make it the ideal nonvolatile memory. It is a true nonvolatile RAM. The write advantages and non-volatility make it quite suitable for storing data in the absence of power. Ferroelectric Property The ferroelectric property is a phenomena observed in a class of materials known as Perovskites. Figure 1 shows a Perovskite crystal. The atom in the center has two equal and stable low energy states. These states determine the position of the atom. If a field is applied in the proper plane, the atom will move in the direction of the field. Applying an electric field across the crystal causes the low energy state or position to be in the direction of the field and, conversely, the high energy state in the opposite position. The applied field will, therefore, cause the atom to move from the high energy state to the low energy state. This transition produces energy in the form of charge generally referred to as switch charge (Qs). Therefore, applying an alternating electric field across the crystal will cause the atom to move from the top of the crystal to the bottom and back again. Each transition will produce charge, Qs. Figure 1. Ferroelectric (Perovskite) Crystal A common misconception is that ferroelectric crystals are ferromagnetic or have similar properties. The term “ferroelectric” refers to similarity of the graph of charge plotted as a function of voltage (Figure 2) to the hysteresis loop (BH curve) of ferromagnetic materials. Ferroelectric materials switch in an electric field and are not affected by The ferroelectric material has two states, the atom at the top, which is referred to as up polarization, and the atom at the bottom, which is referred to as down polarization (Figure 3). Therefore, with a viable sensing scheme a binary memory can be produced. Figure 3. Crystal Polarization

计算机组成原理第1章习题与答案

计算机组成原理第1章习题与答案 一、选择题 1．从器件角度看，计算机经历了五代变化。但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（）计算机。 A.并行 B.冯·诺依曼 C.智能 D.串行 2．冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是（）。 A.多指令流单数据流 B.按地址访问并顺序执行指令 C.堆栈操作 D.存贮器按内容选择地址 3．在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（）。 A.对程序员的训练要求来说，需要硬件知识 B.汇编语言对机器的依赖性高 C.用汇编语言编写程序的难度比高级语言小 D.汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢 4.（2009年考研题）冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）。 A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元 5．（2011年考研题）下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是（）。 A.MIPS B.CPI C.IPC D.MFLOPS 6．（2012年考研题）基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其它时间忽略不计。若CPU速度提高50%，I/O速度不变，则基准程序A所耗费的时间是（）秒。 A.55 B.60 C.65 D.70 7．（2013年考研题）某计算机主频为1.2 GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。 该机的MIPS数是（）。 A.100 B.200 C.400 D.600

8．（2014年考研题）程序P在机器M上的执行时间是20s，编译优化后，P 执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（）。 A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒 9．（2015年考研题）计算机硬件能够直接执行的是（）。 Ⅰ．机器语言程序Ⅱ．汇编语言程序Ⅲ．硬件描述语言程序 A.仅Ⅰ B.仅ⅠⅡ C.仅ⅠⅢ D.ⅠⅡⅢ 二、名词解释 1．吞吐量2．响应时间3．利用率 4．处理机字长5．总线宽度6．存储器容量 7．存储器带宽8．主频/时钟周期9．CPU执行时间 10．CPI 11．MIPS 12．FLOPS 三、简答题 1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 2．冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？ 3．计算机系统分为哪几个层次？每层分别用软件还是硬件实现？

AD10原理图封装列表

原理图封装列表 Name Description ------------------------------------------------------------------------------------------------- 74ACT573T双向数据传输 74HC138138译码器 74HC1544-16译码器 74HC4052双通道模拟开关 74HC595移位寄存器 74HVC32M双输入或门 74LS32M双输入或门 74VHC04M非门 ACS712电流检测芯片 ACT45B共模电感 AD5235数控电阻 AD8251可控增益运放 AD8607AR双运放 AD8667双运放 AD8672AR双运放 ADG836L双刀双掷数字开关 AFBR-5803-ATQZ光以太网 AS1015可调升压芯片 ASM1117 3.3V稳压芯片 AT24C02EEROM存储器 AT89S5251系列单片机 BC57F687蓝牙音频模块 BCP68NPN三极管 BCP69T PNP三极管 BEEP蜂鸣器 BMP闪电符号 BTS7970电机驱动 Battery备份电池 Butterfly功率激光器 Butterfly-S功率激光器 CD4052BCM双通道模拟开关 CG103BOSCH点火芯片 CHECK测试点 CY7C026AV RAM CY7C1041CV33RAM Cap无极性电容 Cap Pol极性电解电容 D Connector 15VGA D Connector 9串口

D-Schottky肖特基二极管 DAC8532数模转换 DM9000A网络芯片 DM9000C网络芯片 DP83848I网络芯片 DPY-4CA共阳4位数码管 DPY-4CK共阴4位数码管 DRV411闭环磁电流 DS1307Z实时时钟 DS18B20温度传感器 Diode二极管 Diode-Z稳压二极管 Diode_CRD恒流二极管 EMIF接插件 FIN散热片 FM24CL16铁电存储器 FPC-30P FPC排线连接器 FPC-40P FPC排线连接器 FT232RL USB转串口 FZT869NPN三极管 Fuse 2保险丝 G3VM-61半导体继电器 GA240Freescale16位单片机HFBR-1414光发送 HFBR-2412光接收 HFKC单刀双掷继电器 HK4100F单刀双掷继电器 HR911103A网络接口 HR911105A以太网接口 HS0038B红外接收器 Header 10Header, 10-Pin Header 10X2Header, 10-Pin Header 14X2B2*14双排插针 Header 16Header16贴片 Header 16X2接插件 Header 2接插件 Header 2X2A接插件 Header 2X2B接插件 Header 3接插件 Header 32X2接插件 Header 4接插件 Header 40接插件 Header 5X2接插件 Header 6接插件

计算机组成原理(附答案)

计算机组成原理 第1章计算机系统概论 一.填空题 1. 计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，前者是计算机系统的物质基础，而后者则是计算机系统解题的灵魂，两者缺一不可。 2. 存储程序是指解题之前预先把程序存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制计算机自动协调地完成解题的任务，这两者合称为存储程序控制，它是冯·诺依曼型计算机的重要工作方式。 3.通常将控制器和运算器合称为中央处理器(CPU) ；而将控制器、运算器和内存储器合称为计算机的主机。 4.计算机系统的硬件包括控制器、运算器、存储器、I/O接口和I/O设备等五大部分。 二.选择题 1. 指令周期是指（ C ）。 A.CPU从主存取出一条指令的时间 B.CPU执行一条指令的时间 C. CPU从主存取出一条指令加上执行该指令的时间 三.问答题 1.存储程序控制是冯?诺依曼型计算机重要的工作方式，请解释何谓存储程序、程序控制？ 答：存储程序是指将解题程序(连同原始数据)预先存入存储器； 程序控制是指控制器依据存储的程序，控制全机自动、协调的完成解题任务。 2.计算机系统按功能通常可划分为哪五个层次？画出其结构示意图加以说明。 答：.五级组成的计算机系统如图1.7 (课本P18) 1）微程序设计级：微指令直接由硬件执行。 2）一般机器级(机器语言级)：由微程序解释机器指令系统，属硬件级。 3）操作系统级：由操作系统程序实现。 4）汇编语言级：由汇编程序支持执行。 5）高级语言级：由高级语言编译程序支持执行。 这五级的共同特点是各级均可编程。 四.计算题 1.设某计算机指令系统有4种基本类型的指令A、B、C和D，它们在程序中出现的频度(概率)分别为0.3、0.2、0.15和0.35，指令周期分别为5ns、5.5ns、8ns和10ns，求该计算机的平均运算速度是多少MIPS(百万条指令每秒)？ 解:指令平均运算时间： T=5×0.3＋5.5×0.2＋8×0.15＋10×0.35＝7.3 (ns) 平均运算速度： V=1/T=1/(7.3×10－3)＝137(MIPS) 第2章运算方法与运算器 一.填空题 1.若某计算机的字长是8位，已知二进制整数x＝10100，y＝–10100，则在补码的表示中，[x]补＝00010100 ，[y]补＝11101100 。 2. 若浮点数格式中阶码的基数已确定，而且尾数采用规格化表示法，则浮点数表示的数，其范围取决于浮点数阶码的位数，而精度则取决于尾数的位数。

FM31256的基本结构及原理

FM31256的基本结构及原理 摘要FM31256是一种基于I2C总线、采用铁电体技术的多功能存储芯片。除了非易失存储器外，该器件还具有实时时钟、低电压复位、看门狗计数器、非易失性事件计数器、可锁定的串行数字标识等多种功能。文章主要介绍了FM31256的基本功能、原理，并结合实例给出了其在电磁铸轧电源控制装置中的具体应用方法。 关键词I2C总线铁电体技术 RTC MSP430F FM31256是由Ramtron公司推出的新一代多功能系统监控和非易失性铁电存储芯片。与其他非易失性存储器比较，它具有如下优点：读/写速度快，没有写等待时间；功耗低，静态电流小于1 mA，写入电流小于150 mA；擦写使用寿命长，芯片的擦写次数为100亿次，比一般的EEPROM存储器高10万倍，即使每秒读/写30次，也能用10年；读/写的无限性，芯片擦写次数超过100亿次后，还能和SRAM一样读/写。 铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储的特性。本文介绍了FM31256的主要功能，并具体给出了基于嵌入式C语言编写的存储器读/写程序。 1 FM31256的基本结构及原理 FM31256由256 KB存储器和处理器配套电路（processor companion）两部分组成。与一般的采用备份电池保存数据不同，FM31256是真正意义上的非易失（truly nonvolatile）存储器，并且用户可以选择对不同的存储区域以软件方式进行写保护。 FM31256 器件将非易失FRAM与实时时钟（RTC）、处理器监控器、非易失性事件计数器、可编程可锁定的64位ID号和通用比较器相结合。其中，通用比较器可提前在电源故障中断(NMI)时发挥作用或实现其他用途。采用先进的0.35 μm制造工艺，这些功能通过一个通用接口嵌入到14个引脚的SOIC封装中，从而取代系统板上的多个元件。存储器的读/写以及其他控制功能都通过工业标准的I2C总线来实现。 图1为FM31256的原理图。其中，SDA和SCL引脚用于与CPU进行数据交换和命令写入，数据输出部分均具有施密特触发器，以提高抗干扰性能；同时，SDA 作为二线接口中的双向信号线，集电极开路输出，可与二线总线上其他器件进行“线或”。A1～A0为器件地址选择信号，即总线上可同时使用4个同类器件。正常模式下，PFI引脚分别为比较器的输入（不可悬空），CAL/PFO引脚输出PFI 引脚的输入信号与1.2 V参考电压之间的比较结果；校准模式下，CAL/PFO引脚将输出512 Hz的方波用于时钟校准。CNT2～CNT1是通过备份电池支持的事件计数器的两路输入端，通过边沿触发启动计数器，触发沿由用户自由选择。

计算机组成原理题(附答案)

计算机组成原理题解指南 第一部分：简答题 第一章计算机系统概论 1．说明计算机系统的层次结构。 计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。 第四章主存储器 1．主存储器的性能指标有哪些？含义是什么？ 存储器的性能指标主要是存储容量. 存储时间、存储周期和存储器带宽。 在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。 存取时间又称存储访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 存储周期是指连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。 存储器带宽是指存储器在单位时间中的数据传输速率。 2．DRAM存储器为什么要刷新？DRAM存储器采用何种方式刷新？有哪几种常用的刷新方式？ DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。 DRAM采用读出方式进行刷新。因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的内容，所以读出过程就是再生过程。 常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式。 3．什么是闪速存储器？它有哪些特点？ 闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器。从原理上看，它属于ROM型存储器，但是它又可随机改写信息；从功能上看，它又相当于RAM，所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义。因而它是一种全新的存储器技术。 闪速存储器的特点：（1）固有的非易失性，（2）廉价的高密度，（3）可直接执行，（4）固态性能。4．请说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路组成上有什么不同之处？ SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成，DRAM还需要有动态刷新电路。 第五章指令系统 1．在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？ 寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。 2．一个较完整的指令系统应包括哪几类指令？ 包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等。 3．什么叫指令？什么叫指令系统？ 指令就是要计算机执行某种操作的命令 一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 第六章中央处理部件CPU 1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。 时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。 2．简述CPU的主要功能。 CPU主要有以下四方面的功能：(1)指令控制程序的顺序控制，称为指令控制。 (2)操作控制 CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应部件，从而 控制这些部件按指令的要求进行动作。 (3)时间控制对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。 (4)数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理，完成数据的加工处理。 3．举出CPU中6个主要寄存器的名称及功能。 CPU有以下寄存器： (1)指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 (2)程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。 (3)地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

计算机的基本组成及工作原理

计算机的基本组成及工作原理（初中信息技术七年级） 讲课：教技12江旭美【教学设计学科名称】 计算机的基本组成及工作原理是广西教育出版社出版的初中 信息技术七年级教材第一册模块二<计算机的发展》第二节教学内容。 【学情分析】 初一新生刚入学，对信息技术硬件方面的知识知道可能不多，对硬件普遍 有一种神秘感，觉得计算机高深莫测，本节课就是要对电脑软硬件进行深入 “解剖”，并对工作原理做讲解，让学生了解电脑各组成部分，更好的使用 电脑。 【教材内容分析】 本节内容是广西教育出版社初中信息技术七年级第一册模块 二《计算机的发展》第二节教学内容。本节主要让学生掌握计算机的组成， 理解计算机系统中信息的表示，了解计算机的基本工作原理。本节内容以感 性认识为主，增强学生的计算机应用意识，通过大量举例及用眼睛看、用手摸、 用脑想，对计算机的基本组成、软硬件常识、发展有一定了解和比较清晰的认 识。通过学生亲手触摸计算机组件和教师运行自主制作的多媒体课件进行教 学，打破学生对计算机的“神秘感”，觉得计算机并不难学，而且非常实际，认 识到计算机只是普通技能，提高学生学习兴趣。 【教学目标】 知识与技能：掌握计算机的组成，理解计算机系统中信息的表示，了解 计算机的基本工作原理。 过程与方法：向学生展示拆卸的旧电脑部件及未装任何系统的电脑，通过 实际观察加教师讲授的方法完成本节内容。 情感态度与价值观：培养学生的科学态度，激发学生的想象能力和探索精 神。 【教学重难点分析】 教学重点：计算机的组成，计算机系统中信息的表示。 教学难点：计算机的基本工作原理。 【教学课时】 2课时 【教学过程】 图片图片 师：观察图片结合实物并思考：从外观上来看，计算机广．般由哪些部分组成？ 生：讨论、思考、回答 [设计意图】通过图片的展示，同学们对计算机的硬件有了直观的印象， 初步的了解。 （二）自主学习，探究新知 1、先请同学们自己看书P17-P20内容，边看书边思考： ①完整的计算机系统由哪两部分组成？

计算机组成原理存储器读写和总线控制实验实验报告

信息与管理科学学院计算机科学与技术 实验报告 课程名称：计算机组成原理 实验名称：存储器读写和总线控制实验 姓名：班级：指导教师：学号： 实验室：组成原理实验室 日期： 2013-11-22

一、实验目的 1、掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。 2、掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。 3、了解运算器和存储器如何协同工作。 二、实验环境 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 三、实验内容 学习静态RAM的存储方式，往RAM的任意地址里存放数据，然后读出并检查结果是否正确。 四、实验操作过程 开关控制操作方式实验 注：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状态，所有对应的指示灯亮。 本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。连线时应注意：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。 1、按图3－1接线图接线： 图3－1 实验三开关实验接线 2、拨动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。 3、往存储器写数据：

以往存储器的（FF ） 地址单元写入数据“AABB ”为例，操作过程如下： 4、按上述步骤按表3－2所列地址写入相应的数据 表3－2 5、从存储器里读数据： 以从存储器的（FF ） 地址单元读出数据“AABB ”为例，操作过程如下： (操作) (显示) (操作) (显示) (操作) (显6、按上述步骤读出表3－2数据，验证其正确性。 五、实验结果及结论 通过按照实验的要求以及具体步骤，对数据进行了严格的检验，结果是正确的，具体数据如图所示：

铁电材料的特性及应用综述

铁电材料的特性及应用综述 孙敬芝 （河北联合大学材料科学与工程学院河北唐山 063009）摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及性光学等特性以及原理，铁电材料是具有驱动和传感2 种功能的机敏材料, 可以块材、膜材(薄膜和厚膜) 和复合材料等多种形式应用, 在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。 关键词：铁电材料；铁电性；应用前景 C haracteristics and Application of Ferroelectric material Sun Jingzhi ( Materials Science and Engineering college, Hebei United University Tangshan 063009,China ) Abstract:Ferroelectric material has good iron electrical, piezoelectric , pyroelectric and nonlinear optical properties, such as a driver and sensing two function piezoelectric materials, can block material, membrane materials (film and thick film) and the compound Material of a variety of forms such as application, in microelectromechanical and intelligent materials and structures in the system with vast potential application market. Keywords: ferroelect ric materials Iron electrical development trend 0前言 晶体按几何外形的有限对称图象, 可以分为32 种点群, 其中有10 种点群: 1, 2, m , mm 2, 4,4mm , 3, 3m , 6, 6mm , 它们都有自发极化。从对称性分析它们的晶体结构都具有所谓的极轴, 即利用对称操作不能实现与晶体的其它晶向重合的轴向, 极轴二端具有不同的物理性能。从物理性质上看, 它们不但具有自发极化, 而且其电偶极矩在外电场作用下可以改变方向。在介电强度允许条件下, 能够形成电滞回线。晶体这种性能称为铁电性, 具有铁电性的材料称为铁电材料。1920 年法国人V alasek 发现了罗息盐(酒石酸钾钠 ) 的特异介电性, 导致“铁电性”概念的出现(也有人认为概念出现更早)。现在各种铁电材料十分丰富,

计算机组成原理第1章 习题及参考答案

第一章绪论习题及参考答案 一、判断题 1．微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化属于科学计算应用方面。( ) 2．决定计算机计算精度的主要技术指标是计算机的字长。( ) 3．利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫做单片机。( ) 4．计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。（） 5．兼容性是计算机的一个重要性能，通常是指向上兼容，即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。（） 二、简答题 1．电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别是什么 2．简单描述计算机的发展过程和应用范围。 3．冯·诺依曼机的主要特点是什么 4．按照冯·诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能 5．如何理解软硬件之间的等价性 6．何谓绿色计算机对它有哪些要求 7．简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。 8．计算机系统的主要技术指标有哪些 参考答案 一、判断题 1．错。会计电算化属于计算机数据处理方面的应用。 2．对。 3．错。计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫CPU。 4．错。“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条指令。 5．错。兼容性包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容，微型计算机通常具有这种兼容性。 二、简答题 1．电子数字计算机的运算对象是离散的数字量，用数码进行运算，其运算结果也是离散的数字量；电子模拟计算机的运算对象是连续变化的物理量(如电流、电压等)，其运算结果也是连续变化的物理量。数字计算机的运算速度快，运算精度高。现代所说的计算机都是电子数字计算机。 2．从1946年世界上第一台数字电子计算机ENIAC研制成功至今，计算机的发展经历了4个时

计算机的基本结构及工作原理

计算机的基本结构及工作原理 教学内容：计算机的基本结构及工作原理 教学目的：了解计算机的分类及其基本结构，知道计算机的基本工作原理。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的基本结构 2、计算机的基本工作原理 三、小结： 计算机的工作原理 四、练习： 计算机是怎样工作的？ 计算机的工作真是ZYB重油煤焦油泵全自动的吗？ 第6课时计算机的分类及计算机的文化 教学内容：计算机的分类及计算机的文化 教学目的：了解计算机的分类，了解计算机文化的主要特点。 教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 1、计算机的分类： 按工作用途可以分为通用计算机和专用计算机 按工作原理可以分为数字计算机和模拟计算机 2、计算机文化 所谓计算机文化就是因为计保温沥青泵算机的产生与使用使人类社会的生存方式发生了根本变化从而产生的一种新的文化形态。 三、小结： 计算机分类和计算机文化 四、练习： 1、计算机是怎样分类的？ 2、什么是计算机文化？ 第7课时计算机的硬件系统和软件系统 教学内容：计算机的硬件系统和软件系统 教学目的：了解计算机的硬件的基本组成，能正确识别计算机上的主要部件，并知道其作用。教学过程： 一、学生看书： 二、精讲及板书： 三、小结： 计算机的硬件系统和软件系统 四、练习： 计算机的硬件系统由那几部份组成？ 第8课时学会正确开、关机 教学内容：学会正确开、关机 教学目的和要求 学会开、关机 教学难点：1、了解计算机外设的开、关顺序

2、正确学会开、关机 教学准备：计算机、网络 教学过程： 一、教学导入 同学们，在你们面前看ZYB-B可调压式渣油泵到的是什么呀？ 对了，是电脑。 老师告诉你们电脑现在正在睡觉，这个大懒虫，到现在还在睡觉，我们让小朋友把它喊醒，让他和小朋友们一起学习好不好？ 二、教学新课 （一）教师示范讲解 在把电脑喊醒之前老师先考考小朋友们一个最最简单的问题，小朋友们早上醒来第一件事是干吗？老师再重复一遍，是第一件事。 刚才小朋友们说了很多，有的说穿衣服，有的小朋友说是洗脸，还有的小朋友说叠被子，但老师却不同意小朋友的意见，再好好想想，我们早上醒来的第一件事是做什么？ 对了，首先是睁开眼睛，我们小朋友只有先睁开眼睛然后才能去穿衣服、洗脸、刷牙等等。电脑同样如此，它也要先睁开眼睛，然后才能和小朋友一起学习。所以第一步我们要让电脑睁开眼睛。怎么做？ 1、教师示范开显示器，同时提醒电源指示灯的颜色变化 光睁开眼睛怎么行呢？，我KCB齿轮泵们的目的是让他和小朋友们一起做游戏，我们要让他动起来，那第二步我们应该怎么做？其实很简单，就是接通电源。 2、教师出示电源开关“POWER”标志，同时逐台电脑巡视开机情况 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？；左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其；3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”；4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几；小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛；5、教师示范关显示器；（二）、学生练习开、关电脑；在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑；教师巡视指导；第9 按下它之后，我们请小朋友们说一说你发现了什么？ 左边的三个灯会同时闪一下，同时第一个灯变绿了，其它两个灯熄灭了。现在电脑就会和小朋友一起来学习了。比如说画画了 3、教师先展示几幅电脑作品，然后用“金山画王笔”给学生做示范。刚才我们让电脑给我们小朋友画了几幅画，它说他累了，我们还是让他休息吧，下面我们就先来学习如何关机。 4、教师一步一步示范，手把手教学生关机，并重复几次。 小朋友早上起来的第一件事是3GR三螺杆泵睁开眼睛，那上床后我们会把眼睛闭上。然后开始休息。电脑同样如此。我们最后也要让电脑把眼睛闭上，要不然电脑就休息不好，他会生气的。再次提醒小朋友，我们最后千万不要让电脑的睁着眼睛睡觉。记住了要把电脑的显示器关掉。 5、教师示范关显示器。 （二）、学生练习开、关电脑 在教师的组织下，有步骤的打开电脑和关闭电脑。 教师巡视指导。

完美的铁电存储器

完美的铁电存储器 一. Fujitsu铁电存储器(FRAM) 技术原理 日本Fujitsu公司是全球最大的铁电存储器(FRAM)供货商，至2010年12月31日，全球已经累计出货17亿颗铁电存储器！ Fujitsu公司铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁晶体管材料，这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随机存取内存(RAM) 和非挥发性存贮产品(ROM)的特性。 铁晶体管材料的工作原理是：当我们把电场加载到铁晶体管材料上，晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态，晶阵中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态，一个我们拿来记忆逻辑中的０、另一个记亿１，中心原子能在常温，没有电场的情况下停留在此状态达一百年以上。铁电存储器不需要定时刷新，能在断电情况下保存资料。 二、Fujitsu铁电存储器(FRAM) 技术优点 传统半导体内存有两大体系：挥发性内存(Volatile Memory)，和非挥发性内存(Non-volatile Memory)。 挥发性内存如SRAM和DRAM 在没有电源的情况下都不能保存资料，但这种内存拥有高性能、易用等优点。 非挥发性内存像 EPROM、 EEPROM和 FLASH 能在断电后仍保存资料，但由于所有这些内存均起源自只读存储器 (ROM) 技术，所以您不难想象得到它们都有不易写入的缺点， 确切的来说，这些缺点包括写入缓慢、有限次写入次数、写入时需要特大功耗等等。 FRAM第一个最明显的优点是FRAM可跟随总线(Bus Speed)速度写入，若比较起 EEPROM/Flash的最大不同的是 FRAM在写入后无须任何等待时间(NoDelayTM Write)，而 EEPROM/Flash须要等 3~10毫秒 (mS) 才能写进下一笔资料。 铁电存储器(FRAM)的第二大优点是近乎无限次读写。当 EEPROM/Flash只能应付十万次 (10的5次方)至一百万次写入时，新一代的铁电存储器(FRAM)已达到一百亿个亿次(10的 10次方)的写入寿命。