4只读存储器和闪速存储器
计算机组成原理 第三章
1TB=230B
• 存取时间（存储的时间。
• 存储周期：是指连续启动两次读操作所需要间隔的最 小时间。 • 存储器的带宽（数据传输速率）：是单位时间里存储 器所存取的信息量。通常以位/秒或字节/秒来表示。
3.2 SRAM存储器
通常使用的半导体存储器分为随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）和只读存储器 （Read-Only Memory，ROM）。它们各自又有许多 不同的类型。
相连。
A15 A14
2:4 译码器
CPU
A0 A13
11 10 01 00 CE 16K×8
CE … 16K×8 WE
CE 16K×8
WE
CE 16K×8
WE
WE
WE
D0~D7 16K×8字扩展法组成64K×8 RAM
• 字位同时扩展：既增加存储单元的数量，也加长
各单元的位数
• 实际的存储器 往往 需要对字和位同时扩展，如
I/O1 ….. I/O4
WE 2114 CS A0 …. A9
CPU
A0 A9
WE 2114 CS A0 …. A9
A10 A11
wE
2:4 译 码 器
用16K×8位的芯片采用字扩展法组成64K×8位 的存储器连接图。 图中4个芯片的数据端与数据总线D0—D7相连， 地址总线低位地址A0—A13与各芯片的14位地址端相 连，而两位高位地址A14 ，A15 经译码器和4个片选端
CPU
A0
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A 8 A9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
A9 CS
假定使用8K×1的RAM存储器芯片，那么组成 8K×8位的存储器，每一片RAM是8192×1，故其地址
存储器的工作原理
存储器的工作原理一、引言存储器是计算机系统中重要的组成部分，它用于存储和读取数据。
本文将详细介绍存储器的工作原理，包括存储器的分类、存储单元的结构和存储器的读写操作原理。
二、存储器的分类存储器按照工作原理和特性可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
1. 随机存储器（RAM）随机存储器是一种易失性存储器，它能够随机存取数据。
RAM分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种。
（1）静态随机存储器（SRAM）SRAM采用触发器作为存储单元，每个存储单元由6个晶体管构成。
SRAM的读写速度快，但存储密度低，功耗较高。
（2）动态随机存储器（DRAM）DRAM采用电容器作为存储单元，每个存储单元由一个电容器和一个访问晶体管构成。
DRAM的存储密度高，但读写速度相对较慢，且需要定期刷新以保持数据。
2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种非易失性存储器，它只能读取数据，无法写入。
ROM分为只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦写只读存储器（EPROM）和闪存存储器等。
（1）只读存储器（ROM）ROM中的数据是在制造过程中被写入的，用户无法修改。
ROM常用于存储计算机系统的启动程序和固化的数据。
（2）可编程只读存储器（PROM）PROM可以由用户进行一次性编程，编程后的数据无法修改。
PROM常用于存储固定的数据，如字符集和校准数据等。
（3）可擦写只读存储器（EPROM）EPROM可以被擦除和重新编程，但擦除操作需要使用紫外线照射。
EPROM 的存储容量较大，但擦写次数有限。
（4）闪存存储器闪存存储器是一种非易失性存储器，具有擦写和读取的能力。
闪存存储器广泛应用于移动设备、固态硬盘和闪存卡等。
三、存储单元的结构存储器的最小存储单元是一个二进制位（bit），它可以存储0或1。
多个存储单元组合形成一个存储字（word），存储字的位数取决于存储器的设计。
存储单元通常由触发器或电容器构成。
RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等常见存储器概念辨析
RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等常见存储器概念辨析常见存储器概念辨析：RAM、SRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash存储器可以分为很多种类，其中根据掉电数据是否丢失可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM （只读存储器），其中RAM的访问速度比较快，但掉电后数据会丢失，而ROM掉电后数据不会丢失。
ROM和RAM指的都是半导体存储器，ROM是Read Only Memory的缩写，RAM是Random Access Memory的缩写。
ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的存。
RAM 又可分为SRAM（Static RAM/静态存储器）和DRAM（Dynamic RAM/动态存储器）。
SRAM 是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。
DRAM是利用MOS（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必须通过不停的给电容充电来维持信息，所以DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。
SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。
DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机存就是DRAM的。
而通常人们所说的SDRAM 是DRAM 的一种，它是同步动态存储器，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。
使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。
在嵌入式系统中经常使用。
ROM也有很多种，PROM是可编程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可编程ROM）两者区别是，PROM是一次性的，也就是软件灌入后，就无法修改了，这种是早期的产品，现在已经不可能使用了，而EPROM是通过紫外光的照射擦出原先的程序，是一种通用的存储器。
ROM,PROM,EPROM,EEPROM及FLASH存储器的区别
ROM,PROM,EPROM,EEPROM及FLASH存储器的区别在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。
ROM内部的资料是在ROM的制造⼯序中，在⼯⼚⾥⽤特殊的⽅法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，⼀旦烧录进去，⽤ 户只能验证写⼊的资料是否正确，不能再作任何修改。
如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不⽤，重新订做⼀份。
ROM是在⽣产线上⽣产的，由于成本⾼，⼀般 只⽤在⼤批量应⽤的场合。
由于ROM制造和升级的不便，后来⼈们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。
最初从⼯⼚中制作完成的PROM内部并没有资料，⽤户可以⽤专⽤的编程器将⾃⼰的资料写⼊，但是这种机会只有⼀次，⼀旦写⼊后也 ⽆法修改，若是出了错误，已写⼊的芯⽚只能报废。
PROM的特性和ROM相同，但是其成本⽐ROM⾼，⽽且写⼊资料的速度⽐ROM的量产速度要慢，⼀般只 适⽤于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯⽚可重复擦除和写⼊，解决了PROM芯⽚只能写⼊⼀次的弊端。
EPROM芯⽚有⼀个很明显的特征，在其正⾯的陶瓷封装上，开有⼀个玻璃窗⼝，透过该窗⼝，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯⽚就可以擦除其内的数据，完成芯⽚擦除的操作要⽤到EPROM擦除器。
EPROM内资料的写⼊要⽤专⽤的编程器，并且往芯⽚中写内容时必须要加⼀定的编程电压（VPP=12—24V，随不同的芯⽚型号⽽定）。
EPROM的型号是以27开头的，如27C020(8*256K)是⼀⽚2M Bits容量的EPROM芯⽚。
EPROM芯⽚在写⼊资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗⼝封住，以免受到周围的紫外线照射⽽使资料受损。
鉴于EPROM操作的不便，后来出的主板上的BIOS ROM芯⽚⼤部分都采⽤EPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）。
计算机存储器的种类与工作原理
计算机存储器的种类与工作原理计算机存储器是计算机中的关键组成部分，负责存储和提供数据供计算机进行处理。
它的种类繁多，每种存储器都有其特定的工作原理。
本文将详细介绍计算机存储器的种类与工作原理。
一、种类简述：1. 主存储器（RAM）：它是计算机中最常见的存储器类型，用于存储正在使用的程序和数据。
它的工作速度快，但电源断电后数据会丢失。
2. 只读存储器（ROM）：它是一种无法被更改或擦除的存储器，用于储存计算机启动时的基本指令和固件。
数据在断电后也能保留。
3. 高速缓存存储器（Cache）：它是位于处理器和主存之间的一种临时存储器，用于加快数据的访问速度。
4. 辅助存储器（硬盘、光盘等）：用于长期存储大量的数据和程序。
二、主存储器（RAM）：1. 工作原理：主存储器是由一系列存储单元组成的，每个存储单元代表一个二进制位。
当计算机需要读取或写入数据时，存储单元中的电流会发生变化，从而改变数据的状态。
2. 分类：- 随机存取存储器（SRAM）：它采用了一种双稳态存储器单元，不需要周期性地刷新数据。
- 动态随机存取存储器（DRAM）：它采用了电容来存储数据，需要周期性地刷新数据来保持稳定。
三、只读存储器（ROM）：1. 工作原理：只读存储器是用来存储固定数据的，在制造过程中数据被写入，用户无法对其进行更改。
2. 分类：- 可编程只读存储器（PROM）：它是一种一次性可编程存储器，用户只能将数据写入其中一次。
- 可擦写可编程只读存储器（EPROM）：它是一种可擦写存储器，使用特定设备可以将数据擦除并重新编程。
- 电可擦可编程只读存储器（EEPROM）：它是一种电可擦存储器，用户可以通过电编程器擦除和编程数据。
四、高速缓存存储器（Cache）：1. 工作原理：高速缓存存储器是一种位于处理器和主存之间的存储器，用于存储最常用的数据和指令，以提高计算机的处理速度。
2. 层次结构：高速缓存存储器通常分为多级别，包括一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和三级缓存（L3 Cache），每一级别的缓存容量和速度都不同。
什么是ROM,RAM,EPROM,EEPROM,DRAM,Flash,MRAM,RDRAM,各有什么作用
一、什么是ROM，RAM，EPROM，EEPROM，DRAM，Flash，MRAM，RDRAM，各有什么作用什么是ROM，有什么作用简称：ROM 标准：Read Only Memory 中文：只读存储器只读存储器，这种内存 (Memory ) 的内容任何情况下都不会改变，计算机与使用者只能读取保存在这里的指令，和使用储存在ROM的数据，但不能变更或存入资料。
ROM被储存在一个非挥发性芯片上，也就是说，即使.Yco688 { display:none; } 简称：ROM标准：Read Only Memory中文：只读存储器只读存储器，这种内存 (Memory ) 的内容任何情况下都不会改变，计算机与使用者只能读取保存在这里的指令，和使用储存在ROM的数据，但不能变更或存入资料。
ROM被储存在一个非挥发性芯片上，也就是说，即使在关机之后记忆的内容仍可以被保存，所以这种内存多用来储存特定功能的程序或系统程序。
ROM储存用来激活计算机的指令，开机的时候ROM提供一连串的指令给中央处理单元进行测试，在最初的测试中，检查RAM位置(location)以确认其储存数据的能力。
此外其它电子组件包括键盘 (Keyboard ) 、计时回路(timer circuit)以及CPU本身也被纳入CPU的测试中。
什么是RAM，有什么作用简称：RAM标准：Random Access Memory中文：随机存储器随机存取内存，是内存(Memory)的一种，由计算机CPU控制，是计算机主要的储存区域，指令和资料暂时存在这里。
RAM是可读可写的内存，它帮助中央处理器 (CPU ) 工作，从键盘 (Keyboard ) 或鼠标之类的来源读取指令，帮助CPU 把资料 (Data) 写到一样可读可写的辅助内存 (Auxiliary Memory) ，以便日后仍可取用，也能主动把资料送到输出装置，例如打印机、显示器。
RAM的大小会影响计算的速度，RAM越大，所能容纳的资料越多，CPU读取的速度越快。
课外阅读：时间单位、闪速存储器、相联存储器
只读存储器和闪速存储器
擦除操作：所有的存 擦除操作 储元中浮空栅上的负 电荷要全部洩放出去。 为此晶体管源极S加 上正电压，这与编程 操作正好相反，见图 (c)所示。源极S上 的正电压吸收浮空栅 中的电子，从而使全 部存储元变成1状态。
只读存储器和闪速存储器
FLASH存储器的阵列结构 FLASH存储器的简化阵列结构如图所示。 在某一时间只有一条行选择线被激活。 读操作时，假定某个存储元原存1，那么晶 体管导通，与它所在位线接通，有电流通 过位线，所经过的负载上产生一个电压降。 这个电压降送到比较器的一个输入端，与 另一端输入的参照电压做比较，比较器输 出一个标志为逻辑1的电平。 如果某个存储元原先存0，那么晶体管不导 通，位线上没有电流，比较器输出端则产 生一个标志为逻辑0的电平。
只读存储器和闪速存储器
编程操作：实际上是写“0”操作。 编程操作 所有存储元的原始状态或擦除擦除 后均处“1”状态。 编程操作的目的是为存储元的浮空 栅补充电子，从而使存储元改写成 “0”状态。如果某存储元仍保持 “1”状态，则控制栅就不加正电压。
如图(a)表示编程 操作时存储元写0、 写 1 的 情 况 。 实际上编程时只写 0，不写1，因为 存储元擦除后原始 状态全为1。要写 0，就是要在控制 0 栅C上加正电压。 一旦存储元被编程， 存储的数据可保持 100年之久而无需 外 电 源 。
SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于闪存的新一代记忆设备。SD 卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一 张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的 移动灵活性以及很好的安全性。 CF卡（Compact Flash）是1994年由SanDisk公司最先推出的。CF卡具有 PCMCIA-ATA功能，并与之兼容；CF卡重量只有14g，仅火柴盒般大小 （43mmx36mmx3.3mm）。 MMC（MultiMedia Card）卡由西门子公司和首推CF的SanDisk公司于1997年 推出。1998年1月十四家公司联合成立了MMC协会（MultiMedia Card Association简称MMCA），现在已经有超过84个成员，外形跟SD卡差不多。少 了几根针脚。 XD卡全称为XD-PICTURE CARD，是由富士和奥林巴斯联合推出的专为数码相机 使用的小型存储卡，采用单面18针接口，是目前体积最小的存储卡。XD取自于 “Extreme Digital”，是“极限数字”的意思。XD卡是较为新型的闪存卡，相比于 其它闪存卡，它拥有众多的优势特点。袖珍的外形尺寸，外形尺寸为 20mm×25mm×1.7mm，总体积只有0.85立方厘米，约为2克重，是目前世界上 最为轻便、体积最小的数字闪存卡. SM（Smart Media）卡是由东芝公司在1995年11月发布的Flash Memory存储 卡，三星公司在1996年购买了生产和销售许可，这两家公司成为主要的SM卡厂商 。 SM卡的尺寸为37mm×45mm×0.76mm，由于SM卡本身没有控制电路，而且由 塑胶制成（被分成了许多薄片），因此SM卡的体积小非常轻薄。 Sony记忆棒(Memory Stick ):索尼一向独来独往的性格造就了记忆棒的诞生。这种 口香糖型的存储设备几乎可以在所有的索尼影音产品上通用，但与其他公司的数码设 备不兼容。
闪速存储器
补充说明
闪速存储器还分AND、NAND、NOR、 DiNOR等类型，常用NOR型与NAND型两 种。 它们的区别很大，打个比方说，NOR 型闪存更像内存，有独立的地址线和数据 线，但价格比较贵，容量比较小，也因此 NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合， 通常用于存储程序代码并直接在闪存内运 行。 而NAND型更像硬盘，地址线和数据 线是共用的I/O线，类似硬盘的所有信息都 通过一组硬盘线传送，NAND型闪存主要 用来存储资料，我们常用的闪存产品，如U 盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。
§5.6 存储电容材料
——闪速存储器
半导体存储器的分类
双极型 工艺
MOS型储器 （ROM） 动态RAM（DRAM/ iRAM） 掩膜式ROM（PROM） 可编程ROM（PROM） 可擦除PROM（EPROM） 电可擦除PROM（EEPROM） 闪速存储器（Flash Memory）
闪速存储器
闪速存储器，它是高密度非易失 性的读/写存储器。高密度意味着它 具有巨大比特数目的存储容量。非易 失性意味着存放的数据在没有电源的 情况下可以长期保存。闪存存取比较 快速，无噪音，散热小。总之，它既 有RAM的优点，又有ROM的优点， 是一种很有发展前途的存储技术。
FLASH存储器的阵列结构 FLASH存储器的简化阵列结构如图所示。 在某一时间只有一条行选择线被激活。 读操作时，假定某个存储元原存1，那 么晶体管导通，与它所在位线接通，有 电流通过位线，所经过的负载上产生一 个电压降。这个电压降送到比较器的一 个输入端，与另一端输入的参照电压做 比较，比较器输出一个标志为逻辑1的 电平。 如果某个存储元原先存0，那么晶体管 不导通，位线上没有电流，比较器输出 端则产生一个标志为逻辑0的电平。
DRAM存储器概述和应用
3、存储器模块条
存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种模块 条常称为内存条，它们是在一个条状形的小印制电路 板上，用一定数量的存储器芯片，组成一个存储容量 固定的存储模块。如图所示。
内存条有30脚、72脚、100脚、144脚、168脚等多种 形式。
30脚内存条设计成8位数据线，存储容量从256KB～32MB。
72脚内存条设计成32位数据总线
100脚以上内存条既用于32位数据总线又用于64位数据总线， 存储容量从4MB～512MB。
DRAM存储器概述和应用
1
3.3 DRAM存储器
六、高级的DRAM结构 FPM DRAM：快速页模式动态存储器，它是根据程
序的局部性原理来实现的。读周期和写周期中，为了 寻找一个确定的存储单元地址，首先由低电平的行选 通信号RAS确定行地址，然后由低电平的列选信号 CAS确定列地址。下一次寻找操作，也是由RAS选定 行地址，CAS选定列地址，依此类推，如下图所示。
存储元：二极管
双极型晶体管 MOS管
工作原理：
管子的基极连选择线，该管 导通，反向后输出为“1”，反之 输出为“0”。
– 掩摸式只读存储器：数据在芯片制造过程中就确定 优 点:可靠性和集成度高，价格便宜
– 缺 点:不能重写
DRAM存储器概述和应用
9
3.4 只读存储器和闪速存储器
2.PROM
特点:用户可自行改变产品中 某些存储元，用户可编程一次。
正确性与可靠性至关重要。为此除了正常的数 据位宽度，还增加了附加位，用于读/写操作 正确性校验。增加的附加位也要同数据位一起 写入DRAM中保存。其原理如图所示。
DRAM存储器概述和应用
7
ROMRAMFLASH知识汇总
ROMRAMFLASH知识汇总ROM（只读存储器）：ROM是一种只能读取数据的存储器，它是一种非易失性存储器，不断电时数据不会丢失。
ROM是在制造时被写入数据的，因此它的内容在使用时不能被修改或删除。
ROM广泛应用于电子设备中，如计算机、手机、电视等。
ROM主要有以下几种类型：1. Mask ROM：也称为固化ROM，它是在制造过程中使用工艺将数据硬编码到存储芯片中的。
Mask ROM具有稳定的性能和可靠性，但其数据无法改变。
2.PROM（可编程只读存储器）：PROM可以在生产时由用户自行编程，但一旦编程完成，数据便无法修改或删除。
3.EPROM（可擦除可编程只读存储器）：EPROM在编程前需要先擦除数据，擦除方式可以通过紫外线照射或电子擦除。
擦除后，EPROM的存储单元可以重新编程，但编程次数有限。
4.EEPROM（电可擦可编程只读存储器）：EEPROM与EPROM相似，但擦除和编程过程可以在电子设备中进行，无需移除芯片。
EEPROM可以通过电压调节存储单元的电荷来编程和擦除数据。
5. Flash ROM：它是一种使用闪存技术的ROM，具有电可擦可编程的特性。
Flash ROM主要用于存储固件、操作系统和用户数据。
Flash ROM可以通过特定的技术和算法擦除和重新编程数据。
RAM（随机存取存储器）：RAM是一种适于读写操作的存储器，它可以读取或写入数据，并且数据可以随机访问，也能够将数据保存在电源关闭时。
RAM是一种易失性存储器，当断电时数据将丢失，因此通常需要一个电源来保持数据的持久性。
RAM有两种主要类型：1.SRAM（静态随机存取存储器）：SRAM使用触发器电路来存储每个位的数据。
SRAM速度快，存取时间短，但它的功耗较高，在相同容量下会占用较多的芯片面积。
2.DRAM（动态随机存取存储器）：DRAM使用电容来存储每个位的数据，每个位都需要不断刷新来保持数据的持久性。
DRAM速度相对较慢，但它的功耗低，在相同容量下占用较少的芯片面积。
计算机存储器的类型和读写原理
计算机存储器的类型和读写原理计算机存储器是计算机系统中的一种重要硬件组成部分，用于存储和读取数据以供运算使用。
根据存储介质的不同，计算机存储器可以分为多种类型，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器、硬盘驱动器以及光盘驱动器等。
本文将分别介绍这些存储器的类型和读写原理。
一、随机存取存储器（RAM）1. 类型：动态随机存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM)。
2. 读写原理：- DRAM：DRAM是基于电容储存信息的存储器，数据的读取通过访问电容单元是否充电来判断。
首先，读取操作需要送出地址信号，通过地址线路选中对应的存储单元，然后通过电路放大器对电容的电压进行读取并进行放大，最后通过临界电平比较电路将放大后的信号转换成数字数据。
- SRAM：SRAM是基于双稳态电路实现存储和读写的存储器。
读取操作需要送出地址信号，通过地址线路选中对应的存储单元。
然后，通过地址译码器对地址进行解码，将选中的存储单元的数据进行读取并放大，最后通过写入数据线送出数据。
二、只读存储器（ROM）1. 类型：只读存储器包括只读存储器(ROM)和可编程只读存储器(PROM)。
2. 读写原理：- ROM：ROM是一种不可擦写的存储器，里面的数据是在制造过程中通过译码器将数据线连接到某个特定的字节位置上实现的。
因此，ROM的读取操作仅需要送出地址信号，通过地址线路选中对应的存储单元即可直接读取相应的数据。
- PROM：PROM是一种一次性可编程的存储器，它包含一个阵列存储单元。
在制造过程中，每个存储位置都被连接到一个可断开的开关。
通过打开和关闭这些开关来编程PROM，然后读取操作与ROM相同，通过地址信号选中对应的存储单元并读取数据。
三、闪存存储器1. 类型：闪存存储器包括NAND闪存和NOR闪存。
2. 读写原理：- NAND闪存：NAND闪存通过硅通道将数据储存在非易失性存储单元中。
数据的读取通过发送地址信号选择特定的存储块和页，然后通过电流发送器和放大器将电荷进行读取并放大。
rom存储器类型
rom 存储器类型
rom 存储器
只读存储器（英语：Read-Only Memory，简称：ROM）。
ROM 所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随
机存储器那样能快速地、方便地加以改写。
ROM 所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定
程序和数据。
rom 存储器类型
1、ROM
只读内存（Read-OnlyMemory）是一种只能读取资料的内存。
在制造过程中，将资料以一特制光罩（mask）烧录于线路中，其资料内容在写入后就不能更改，所以有时又称为“光罩式只读内存”（maskROM）。
此内存的制
造成本较低，常用于电脑中的开机启动。
闪速存储器
闪速存储器[浏览次数：271次]闪速存储器(Flash Memory)是一类非易失性存储器NVM(Non-Volatile Memory)即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如DRAM、SRAM这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失.相对传统的EEPROM芯片，这种芯片可以用电气的方法快速地擦写.由于快擦写存储器不需要存储电容器，故其集成度更高，制造成本低于DRAM.它使用方便，既具有SRAM读写的灵活性和较快的访问速度，又具有ROM在断电后可不丢失信息的特点，所以快擦写存储器技术发展最迅速。
目录∙闪速存储器的概要∙闪速存储器的分类及特征∙闪速存储器指令∙闪速存储器在图像采集系统中的应用∙闪速存储器的研究与进展闪速存储器的概要∙闪速存储器的基本存储器单元结构如图1所示。
一眼看上去就是n沟道的MOSFET那样的东西，但又与普通的FET不同，特点是在栅极（控制栅）与漏极／源极之间存在浮置栅，闪速存储器利用该浮置栅存储记忆。
图1 闪速存储器的单元结构浮置栅被设计成可以存储电荷的构造，栅极及主板利用氧化膜进行了绝缘处理，一次积累的电荷可以长时间（10年以上）保持。
当然，如果氧化膜存在缺陷，或者由于某种原因使绝缘膜遭到破坏，那么闪速存储器将失去记忆。
同时，因为热能必定致使电荷以某概率发生消减，因此数据保存的时间将受到温度的影响。
下面，我们将进一步讨论闪速存储器的擦除与写人的原理。
我们知道，数据的写人与擦除是通过主板与控制栅之间电荷的注人与释放来进行的。
例如，一般的NOR闪速存储器在写人时提高控制栅的电压，向浮置栅注人电荷（图2）。
而数据的擦除可以通过两种方法进行。
一种方法是通过给源极加上＋12V左右的高电压，释放浮置栅中的电荷（Smart Voltage Regulator）；另一种方法是通过给控制栅加上负电压（-10V左右），挤出浮置栅中的电荷（负极门擦除法）。
各种电压提供方式如图3所示。
计算机组成原理3.3只读存储器和闪速
3.3.1只读存储器 3.3.2闪速存储器
3.3.1只读存储器
1.ROM的分类 2.光擦可编程只读存储器(EPROM)
1.ROM的分类
只读存储器简称ROM，它只能读出，不 能写入。它的最大优点是具有不易失性。 根据编程方式不同，ROM通常分为三类：
1.ROM的分类
【例3】
主存地址空间分布如图所示。
根据给定条件，选用EPROM：8K×8位芯片1片。 SRAM：8K×8位芯片3片，2K×8位芯片1片。 3∶8译码器仅用Y0，Y1，Y2，Y3和Y7输出端， 且对最后的2K×8位芯片还需加门电路译码。 主存储器的组成与CPU连接逻辑图如图所示。
图3.24主存储器组成与CPU的连接逻辑图
逻辑高电平时， 等待操作 等待操作抑制了28F256A的大部分电路， 减少器件功耗。 写操作:当VPP为高电压时，通过指令寄存 写操作 器实现器件的擦除和编程 。当CE=0且 WE=0时，通过写周期对指令寄存器进行 写入。
5.闪速存储器与CPU的连接
1)基本存储元电路 P沟道EPROM的基本电路结构示意图 (2)EPROM实例 2716的内部结构图 工作模式选择
PD/PGM 读 未选中 功率下降 编程 低 无关 高 由低到高 脉冲 CS 低 高 无关 高 Vpp +5V +5V +5V +25V Vcc +5V +5V +5V +5V 数据输出 输出 高阻 高阻 输入
只 读 读 写
读 输出禁止 等待 读 输出禁止 备用 写
VPPL VPPL VPPL VPPH VPPH VPPH VPPH
4.闪速存储器的工作模式
读操作:片选信号CE是供电控制端，输出 读操作 允许信号OE用于控制数据从输出引脚的 输出。只有这两个信号同时有效时，才 能实现数据输出。 输出禁止操作:当输出允许控制端OE处于 输出禁止操作 高电平时，28F256A被禁止输出，输出引 脚置于高阻状态。
RAM,ROM,EEPROM,FLASH区别
ROM是只读内存（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。
其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。
通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，并且资料不会因为电源关闭而消失。
ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存储器那样能快速地、方便地加以改写。
ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。
此类存储器多用来存放固件，比如计算机启动的引导程序，计算机启动用的BIOS芯片，手机、MP3、MP4、数码相机等一些电子产品的相应的自带程序代码，这种用户可以通过刷机方式读写RAM。
此内存的制造成本较低，常用于电脑中的开机启动如启动光盘，在系统装好的电脑上时，计算机将C盘目录下的操作系统文件读取至内存，然后通过cpu调用各种配件进行工作这时系统存放存储器为RAM 。
EPROM、EEPROM、Flash ROM(NOR Flash 和NAND Flash)，性能同ROM，但可改写。
一般读出比写入快，写入需要比读出更高的电压（读5V写12V）。
而Flash可以在相同电压下读写，且容量大、成本低，如今在U盘、MP3中使用广泛。
在计算机系统里，RAM一般用作内存，ROM用来存放一些硬件的驱动程序，也就是固件。
RAM（random access memory）随机存储器。
存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。
这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。
按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。
所谓“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的位置无关。
相对的，读取或写入顺序访问（Sequential Access）存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系（如磁带）当电源关闭时RAM不能保留数据。
计算机组成原理 3.4 只读存储器和闪速存储器
3、cache的命中率
h= Nc/(Nc+Nm) 则cache/主存系统的平均访问时间ta为： ta=htc+(1-h)tm 目标是Ta接近Tc,硬件代价最小 访问效率 e=tc/ta
例6. CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为 1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache 存取周期为50ns，主存存取周期250ns，求cache/主 存系统的效率和平均访问时间。
习题15. 假设主存容量16M＊32位，cache容量64K*32 位。主存与cache之间以每块4*32位大小传送数据，请确 定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。
主存16M＊32位 （24位地址） 每块4*32位 则主存有4M块 Cache 64k＊32位 每行4*32位 则Cache有16K行 主存地址(24) Tag＋行号＋字 8位＋14位＋2位 Cache的CAM容量 214行*8位
三、替换策略
为什么要有替换策略，目标是什么？ 与cache的组织方式相关(p98) 1.最不经常使用（LFU）算法 2.近期最少使用（LRU）算法 3.随机替换
四、cache的写操作策略
写回问题是什么问题？
写回代价与数据一致性
1.写回法-命中、未命中 2.全写法-命中、未命中 3.写一次法-第1次命中时，写回主存
习题15. 假设主存容量16M＊32位，cache容量64K*32 位。主存与cache之间以每块4*32位大小传送数据，请确 定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。 CPU给出一访问 内存的地址…
只读存储器和闪速存储器
•（2）主存地址字段如何划分？各字段各需要多少位？ •2、 已知某计算机的Cache存储器容量为2K字，分成 128块，每块16字。设主存为64K字。问：
•（1）若采用直接映像方式，主存地址分哪几部分， 各多少位？
•（2）若采用组相联映像方式，主存地址分哪几部分， 各多少位？
5、多模块交叉存储器流水方式存取示意图： 图3.31 假设模块存取一个字的存储周期为T，总线传送周期为τ，存储器的 交叉模块数为m，那么为了实现流水线方式存取，应当满足 T=mτ即成块传送可按τ间隔 流水方式进行，也就是每经τ 时间延迟后启动下一个模块。
示出了m=4的流水线方式存 字 模块 取示意图。
•这种算法保护了刚拷贝到cache中的新数据行，有较高 的命中率。
•（3）随机替换 •随机替换策略从特定的行位置中随机地选取一行换出 。 •在硬件上容易实现，且速度也比前两种快。 •缺点是降低了命中率和cache工作效率。
• 练习:
• 1、某程序对主存块要求的序列为 B3B4B2B6B4B3B7B4B3B6B3B4B8B4B6。设cache容量 为3块，求LRU替换算法的命中率（假设开始 时CACHE为空）。
2、cache存储器的基本原理 •CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，而cache与 主存之间的数据交换是以块为单位。一个块由若干字组 成，是定长的。 •当CPU读取主存中一个字时，便发 出此字的内存地址到cache和主存。
•此时cache控制逻辑依据地 址判断此字当前是否在 cache中： •若是，此字立即传送给CPU； •若非，则用主存读周期把此 字从主存读出送到CPU， •与此同时，把含有这个字的 整个数据块从主存读出送到 cache中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、可编程ROM (1)、EPROM存储元 EPROM叫做光擦除可编程可读存储器。它的存储内容 可以根据需要写入，当需要更新时将原存储内容抹去，再写
当G1栅有电子积累时， 该MOS管的开启电压变 得很高，即使G2栅为高 电平，该管仍不能导通， 相当于存储了“0”。反
之，G1栅无电子积累时，
MOS管的开启电压较低， 当G2栅为高电平时，该
(2)、E2PROM存储元
8
EEPROM，叫做电擦除可编程只读存储器。其存储元是一个 具有两个栅极的NMOS管，如图(a)和(b)所示，G1是控制栅，它 是一个浮栅，无引出线；G2是抹去栅，它有引出线。在G1栅和 漏极D之间有一小面积的氧化层，其厚度极薄，可产生隧道效 应。如图(c)所示，当G2栅加20V正脉冲P1时，通过隧道效应， 电子由衬底注入到G1浮栅，相当于存储了“1”。利用此方法可 将存储器抹成全“1” 这种存储器在出厂时，存储内容为全“1”状态。使用时，可根 据要求把某些存储元写“0”。写“0”电路如图(d)所示。漏极D 加20V正脉冲P2, G2栅接地，浮栅上电子通过隧道返回衬底，相 当于写“0”。E2PROM允许改写上千次，改写（先抹后写）大 约需20ms，数据可存储20 E2PROM读出时的电路如图(e)所示，这时G2栅加3V电压，若 G1栅有电子积累，T2管不能导通，相当于存“1”；若G1栅无电 子积累，T2管导通，相当于存“0”。
图(d)示出了读出时的电路，它采用二维译码方式：x地址译 码器的输出xi与G2栅极相连，以决定T2管是否选中；y地址译码 器的输出yi与T1管栅极相连，控制其数据是否读出。当片选信 号CS为高电平即该片选中时，方能读出数据。 这种器件的上方有一个石英窗口，如图(c)所示。当用光子能 量较高的紫外光照射G1浮栅时，G1中电子获得足够能量，从 而穿过氧化层回到衬底中，如图(e)所示。这样可使浮栅上的 电子消失，达到抹去存储信息的目的，相当于存储器又存了 全“1” 这种EPROM出厂时为全“1”状态，使用者可根据需要写 “0”。写“0”电路如图(f)所示，xi和yi选择线为高电位，P端 加20多伏的正脉冲，脉冲宽度为0.1～1ms。EPROM允许多次 重写。抹去时，用40W紫外灯，相距2cm，照射几分钟即可。 7
管可以导通，相当于存
储了“1”。
5
现以浮栅雪崩注入型MOS管为存储元的EPROM为例进行说
明，结构如图(a)所示，图(b)是电路符号。
若在漏极D端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中的电场 足够强，则会造成雪崩，产生很多高能量电子。此时，若在G2
栅上加上正电压，形成方向与沟道垂直的电场，便可使沟道中
的电子穿过氧化层而注入到G1栅，从而使G1栅积累负电荷。 由于G1栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，所以 一旦电子注入到G1栅后，就能长期保存。 当G1栅有电子积累时，该MOS管的开启电压变得很高，即使 G2栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了“0”。反之， G1栅无电子积累时，MOS管的开启电压较低，当G2栅为高电 平时，该管可以导通，相当于存储了“1”。 6
1、掩模ROM 导通表示存1 (1)、掩模ROM的阵列结构和存储元 截止表示存0
当行选线与MOS管栅极 连接时，MOS管导通， 列线上为高电平，表示 该存储元存1。 当行选线与MOS管栅极 不连接时，MOS管截止， 表示该存储元存0。 2
掩膜ROM实际上是一个存储内容固定的ROM，由生产厂家 提供产品。它包括广泛使用的具有标准功能的程序或数据，或 提供用户定做的具有特殊功能的程序或数据，当然这些程序或 数据均转换成二进制码。一旦ROM芯片片做成，就不能改变其 中的存储内容。大部分ROM芯片利用在行选线交叉点上的晶体 管是导通或截止来表示存1或存0。 图表示一个16×8位的ROM阵列结构示意图。地址输入线有 4条，单译码结构，因此ROM的行选线为16条，对应16个字16 个存储单元，每个字的长度为8位，所以列选线为8条。行、列 线交叉点是一个MOS管存储元。当行选线与MOS管栅极连接时， MOS管导通，列线上为高电平，表示该存储元存1。当行选线 与MOS管栅极不连接时，MOS管截止，表示该存储元存0。此 处存1、存0的工作，在生产商厂制造ROM芯片时就做好了。 3
（2）、掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图
图(a)是掩膜ROM的逻辑符号，(b)为内部逻辑框图。ROM 有三组信号线：地址线8条，所以ROM的存储容量为28=256个 字，数据线4条，对应字长4位。控制线两条E0、E1，二者是 “与”的关系，可以连在一起。当允许ROM读出时，E0=E1为 低电平，ROM的输出缓冲器被打开，4位数据O3～O0便读出。 4
3.4 只读存储器和闪速存储器
一、只读存储器
ROM叫做只读存储器。顾名思义，只读的意思是在它工 作时只能读出，不能写入。然而其中存储的原始数据，必须 在它工作以前写入。只读存储器由于工作可靠，保密性强， 在计算机系统中得到广泛的应用。主要有两类： 掩模ROM：掩模ROM实际上是一个存储内容固定的ROM， 由生产厂家提供产品。 可编程ROM：用户后写入内容，有些可以多次写入。 一次性编程的PROM 多次编程的EPROM和E2PROM。 1
9
二、闪速存储器 FLASH存储器也翻译成闪速存储器，它是高密度非 失易失性的读/写存储器。高密度意味着它具有巨大比特
数目的存储容量。非易失性意味着存放的数据在没有点， 又有ROM的优点，称得上是存储技术划时代的进展。
10
1、FLASH存储元 “0”状态：当控制栅加上足 够的正电压时，浮空栅将储 存许多电子带负电，这意味 着浮空栅上有很多负电荷， 这种情况我们定义存储元处 于0状态。 “1”状态：如果控制栅不 加正电压，浮空栅则只有 少许电子或不带电荷，这 种情况我们定义为存储元 处于1状态。 浮空栅上的电荷量决定了读取 操作时，加在栅极上的控制电