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存储器芯片浅谈

发布时间: 2023-03-09 06:16:27

‘壹’ 存储器的分类及其各自的特点

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广,有很多层次,在数字系统中,只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中,一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器,如RAM、FIFO等;在系统中,具有实物形式的存储设备也叫存储器,如内存条、TF卡等。计算机中全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器,计算机才有记忆功能,才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等,能长期保存信息。内存指主板上的存储部件,用来存放当前正在执行的数据和程序,但仅用于暂时存放程序和数据,关闭电源或断电,数据会丢失。
存储器的分类特点及其应用
在嵌入式系统中最常用的存储器类型分为三类:
1.随机存取的RAM;
2.只读的ROM;
3.介于两者之间的混合存储器
1.随机存储器(Random Access Memory,RAM)
RAM能够随时在任一地址读出或写入内容。 RAM的优点是读/写方便、使用灵活;
RAM的缺点是不能长期保存信息,一旦停电,所存信息就会丢失。 RAM用于二进制信息的临时存储或缓冲存储
2.只读存储器(Read-Only Memory,ROM)
ROM中存储的数据可以被任意读取,断电后,ROM中的数据仍保持不变,但不可以写入数据。
ROM在嵌入式系统中非常有用,常常用来存放系统软件(如ROM BIOS)、应用程序等不随时间改变的代码或数据。
ROM存储器按发展顺序可分为:掩膜ROM、可编程ROM(PROM)和可擦写可编程ROM(EPROM)。
3. 混合存储器
混合存储器既可以随意读写,又可以在断电后保持设备中的数据不变。混合存储设备可分为三种:
EEPROM NVRAM FLASH
(1)EEPROM
EEPROM是电可擦写可编程存储设备,与EPROM不同的是EEPROM是用电来实现数据的清除,而不是通过紫外线照射实现的。
EEPROM允许用户以字节为单位多次用电擦除和改写内容,而且可以直接在机内进行,不需要专用设备,方便灵活,常用作对数据、参数等经常修改又有掉电保护要求的数据存储器。
(2) NVRAM
NVRAM通常就是带有后备电池的SRAM。当电源接通的时候,NVRAM就像任何其他SRAM一样,但是当电源切断的时候,NVRAM从电池中获取足够的电力以保持其中现存的内容。
NVRAM在嵌入式系统中使用十分普遍,它最大的缺点是价格昂贵,因此,它的应用被限制于存储仅仅几百字节的系统关键信息。
(3)Flash
Flash(闪速存储器,简称闪存)是不需要Vpp电压信号的EEPROM,一个扇区的字节可以在瞬间(与单时钟周期比较是一个非常短的时间)擦除。
Flash比EEPROM优越的方面是,可以同时擦除许多字节,节省了每次写数据前擦除的时间,但一旦一个扇区被擦除,必须逐个字节地写进去,其写入时间很长。
存储器工作原理
这里只介绍动态存储器(DRAM)的工作原理。

工作原理
动态存储器每片只有一条输入数据线,而地址引脚只有8条。为了形成64K地址,必须在系统地址总线和芯片地址引线之间专门设计一个地址形成电路。使系统地址总线信号能分时地加到8个地址的引脚上,借助芯片内部的行锁存器、列锁存器和译码电路选定芯片内的存储单元,锁存信号也靠着外部地址电路产生。
当要从DRAM芯片中读出数据时,CPU首先将行地址加在A0-A7上,而后送出RAS锁存信号,该信号的下降沿将地址锁存在芯片内部。接着将列地址加到芯片的A0-A7上,再送CAS锁存信号,也是在信号的下降沿将列地址锁存在芯片内部。然后保持WE=1,则在CAS有效期间数据输出并保持。
当需要把数据写入芯片时,行列地址先后将RAS和CAS锁存在芯片内部,然后,WE有效,加上要写入的数据,则将该数据写入选中的存贮单元。

存储器芯片
由于电容不可能长期保持电荷不变,必须定时对动态存储电路的各存储单元执行重读操作,以保持电荷稳定,这个过程称为动态存储器刷新。PC/XT机中DRAM的刷新是利用DMA实现的。首先应用可编程定时器8253的计数器1,每隔1⒌12μs产生一次DMA请求,该请求加在DMA控制器的0通道上。当DMA控制器0通道的请求得到响应时,DMA控制器送出到刷新地址信号,对动态存储器执行读操作,每读一次刷新一行。

‘贰’ 简述SRAM,DRAM型存储器的工作原理

个人电脑的主要结构:
显示器
主机板
CPU
(微处理器)
主要储存器
(记忆体)
扩充卡
电源供应器
光盘机
次要储存器
(硬盘)
键盘
鼠标
尽管计算机技术自20世纪40年代第一台电子通用计算机诞生以来以来有了令人目眩的飞速发展,但是今天计算机仍然基本上采用的是存储程序结构,即冯·诺伊曼结构。这个结构实现了实用化的通用计算机。
存储程序结构间将一台计算机描述成四个主要部分:算术逻辑单元(ALU),控制电路,存储器,以及输入输出设备(I/O)。这些部件通过一组一组的排线连接(特别地,当一组线被用于多种不同意图的数据传输时又被称为总线),并且由一个时钟来驱动(当然某些其他事件也可能驱动控制电路)。
概念上讲,一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。每一个“细胞”都有一个编号,称为地址;又都可以存储一个较小的定长信息。这个信息既可以是指令(告诉计算机去做什么),也可以是数据(指令的处理对象)。原则上,每一个“细胞”都是可以存储二者之任一的。
算术逻辑单元(ALU)可以被称作计算机的大脑。它可以做两类运算:第一类是算术运算,比如对两个数字进行加减法。算术运算部件的功能在ALU中是十分有限的,事实上,一些ALU根本不支持电路级的乘法和除法运算(由是使用者只能通过编程进行乘除法运算)。第二类是比较运算,即给定两个数,ALU对其进行比较以确定哪个更大一些。
输入输出系统是计算机从外部世界接收信息和向外部世界反馈运算结果的手段。对于一台标准的个人电脑,输入设备主要有键盘和鼠标,输出设备则是显示器,打印机以及其他许多后文将要讨论的可连接到计算机上的I/O设备。
控制系统将以上计算机各部分联系起来。它的功能是从存储器和输入输出设备中读取指令和数据,对指令进行解码,并向ALU交付符合指令要求的正确输入,告知ALU对这些数据做那些运算并将结果数据返回到何处。控制系统中一个重要组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。通常这个计数器随着指令的执行而累加,但有时如果指令指示进行跳转则不依此规则。
20世纪80年代以来ALU和控制单元(二者合成中央处理器,CPU)逐渐被整合到一块集成电路上,称作微处理器。这类计算机的工作模式十分直观:在一个时钟周期内,计算机先从存储器中获取指令和数据,然后执行指令,存储数据,再获取下一条指令。这个过程被反复执行,直至得到一个终止指令。
由控制器解释,运算器执行的指令集是一个精心定义的数目十分有限的简单指令集合。一般可以分为四类:1)、数据移动(如:将一个数值从存储单元A拷贝到存储单元B)2)、数逻运算(如:计算存储单元A与存储单元B之和,结果返回存储单元C)3)、条件验证(如:如果存储单元A内数值为100,则下一条指令地址为存储单元F)4)、指令序列改易(如:下一条指令地址为存储单元F)
指令如同数据一样在计算机内部是以二进制来表示的。比如说,10110000就是一条Intel
x86系列微处理器的拷贝指令代码。某一个计算机所支持的指令集就是该计算机的机器语言。因此,使用流行的机器语言将会使既成软件在一台新计算机上运行得更加容易。所以对于那些机型商业化软件开发的人来说,它们通常只会关注一种或几种不同的机器语言。
更加强大的小型计算机,大型计算机和服务器可能会与上述计算机有所不同。它们通常将任务分担给不同的CPU来执行。今天,微处理器和多核个人电脑也在朝这个方向发展。
超级计算机通常有着与基本的存储程序计算机显着区别的体系结构。它们通常由者数以千计的CPU,不过这些设计似乎只对特定任务有用。在各种计算机中,还有一些微控制器采用令程序和数据分离的哈佛架构(Harvard
architecture)。

‘叁’ 计算机内存储器分为哪两种,谈谈其主要作用

1、磁芯存储器:

是随机存取计算机存储器的主要形式。这种存储器通常被称为核心存储器,或者非正式地称为核心存储器。

核心使用微小的磁环(环),核心通过线程来写入和读取信息。
每个核心代表一点信息。 磁芯可以以两种不同的方式(顺时针或逆时针)磁化,存储在磁芯中的位为零或一,取决于磁芯的磁化方向。

布线被布置成允许单个芯被设置为1或0,并且通过向所选择的导线发送适当的电流脉冲来改变其磁化。 读取内核的过程会导致内核重置为零,从而将其擦除。
这称为破坏性读数。 在不进行读写操作时,即使关闭电源,内核也会保持最后的值。 这使它们成为非易失性的。

2、半导体存储器(semi-conctor memory):

是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。

按其功能可分为:随机存取存储器(简称RAM)和只读存储器(只读ROM)。体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。

(3)存储器芯片浅谈扩展阅读

早期的计算机最常见的存储器是各种磁芯制成的。这种磁芯存储器已被微型集成电路块上的半导体存储器所取代。磁芯存储器是华裔王安于1948年发明的(注)。最初的磁芯存储器只有几百个字节的容量。

磁芯的英文名称就是core,磁芯存储器就叫作core memory。虽然磁芯存储器已经被淘汰,但一些人还是出于习惯把内存叫做core。

在铁氧体磁环里穿进一根导线,导线中流过不同方向的电流时,可使磁环按两种不同方向磁化,代表“1”或“0”的信息便以磁场形式储存下来。

最常见的核心存储器形式,X /
Y线重合电流,用于计算机的主存储器,由大量小环形亚铁磁陶瓷铁氧体(磁芯)组成网格结构(组织为“堆叠“称为平面的层”,电线穿过核心中心的孔。

在早期系统中有四条线:X,Y,Sense和Inhibit,但后来的核心将后两条线组合成一条Sense
/
Inhibit线。每个环形线圈存储一位(0或1)。每个平面中的一个位可以在一个周期内被访问,因此一个字数组中的每个机器字被分布在一堆“平面”上。

每个平面将并行操作一个字的一位,允许在一个周期内读取或写入完整的字。

‘肆’ 存储芯片包括

存储芯片,是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用。因此,无论是系统芯片还是存储芯片,都是通过在单一芯片中嵌入软件,实现多功能和高性能,以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。按照不同的技术,存储器芯片可以细分为EPROM、EEPROM、SRAM、DRAM、FLASH、MASK ROM和FRAM等。
存储器技术是一种不断进步的技术,随着各种专门应用不断提出新的要求,新的存储器技术也层出不穷,每一种新技术的出现都会使某种现存的技术走进历史,因为开发新技术的初衷就是为了消除或减弱某种特定存储器产品的不足之处。
例如,闪存技术脱胎于EEPROM,它的一个主要用途就是为了取代用于PC机BIOS的EEPROM芯片,以便方便地对这种计算机中最基本的代码进行更新。 尽管目前非挥发性存储器中最先进的就是闪存,但技术却并未就此停步。
生产商们正在开发多种新技术,以便使闪存也拥有像DRAM和SDRAM那样的高速、低价、寿命长等特点。总之,存储器技术将会继续发展,以满足不同的应用需求。就PC市场来说,更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时间、更低成本的主流DRAM技术将是不二之选。
而在其它非挥发性存储器领域,供应商们正在研究闪存之外的各种技术,以便满足不同应用的需求,未来必将有更多更新的存储器芯片技术不断涌现。

‘伍’ 常用存储器片选控制方法有哪几种它们各有什么优缺点

行选择,部分解码,全部解码。

线路选择电路简单,但会造成地址Z栈、空间利用率低和特定编程不宜编织。

全译码具有较高的芯片利用率和无地址栈,但电路比选线方法复杂得多。

部分译码介于两者之间,也可以产生一定程度的地址栈,但存在一个相对相邻的地址空间。

(5)存储器芯片浅谈扩展阅读

存储器是用来存储程序和各种数据信息的存储器。记忆可分为两类:初级记忆(简称初级记忆或BAI)和辅助记忆(简称辅助记忆或外部记忆)。它是主存,直接与CPU交换信息。

在主存储器中收集存储单元的载体称为存储体。存储器中的每个单元都可以保存由二进制代码表示的一串信息。信息的总比特数称为存储单元的字长。存储单元的地址与存储在其中的信息相对应。存储单元的位置只有一个固定地址,存储在其中的信息可以被替换。

‘陆’ 存储器的结构组成

微机系统中主存储器通常由若干存储芯片及相应的存储控制组织而成,并通过存储总线(数据总线、地址总线和控制总线)与CPU及其他部件相联系,以实现数据信息、控制信息的传输。由于存储器芯片的容量有限,实际应用中对存储器的字长和位长都会有扩展的要求。