1、第第2 2章章微型计算机的存储器微型计算机的存储器 2.1 2.1 微型计算机存储器概述微型计算机存储器概述2.22.2 只读存储器只读存储器2.32.3 随机存取存储器随机存取存储器2.4 FLASH2.4 FLASH存储器存储器2.5 2.5 微机存储器的组成与扩展微机存储器的组成与扩展2.1 2.1 微型计算机存储器概述微型计算机存储器概述存储器单元量纲符号存储器单元量纲符号值值K210M220G230 一般一个储存电路能存储一般一个储存电路能存储1位位2进制信息，通进制信息，通常将常将8位储存电路结合在一起构成位储存电路结合在一起构成1个最基本的储个最基本的储存单元，称为存单元，称为1
2、个字节（个字节（Byte）,一个存储器芯片一个存储器芯片的容量定义为：的容量定义为：存储器芯片的容量存储器芯片的容量= =单元数单元数 位数位数/ /单元单元l 存储器从它与存储器从它与CPU的位置关系可以分为的位置关系可以分为内部存储内部存储器和外部存储器两种。器和外部存储器两种。l 正在运行的程序和相应的数据都要存放在正在运行的程序和相应的数据都要存放在内部存内部存储器储器中。中。l 外部存储器外部存储器则是相当于程序和数据的仓库，用来则是相当于程序和数据的仓库，用来长期保存程序和数据。长期保存程序和数据。l 显然，存储器的容量越大，则存储的信息越多，显然，存储器的容量越大，则存储的信息越
3、多，计算机的功能就越强。同时如前所述，计算机中计算机的功能就越强。同时如前所述，计算机中大量的操作是大量的操作是CPU与存储器交换信息。但是，与存储器交换信息。但是，存存储器的工作速度相对于储器的工作速度相对于CPU总是要低总是要低12个数量个数量级。级。所以，存储器的工作速度又是影响计算机系所以，存储器的工作速度又是影响计算机系统数据处理速度的主要因素。统数据处理速度的主要因素。l 计算机系统对存储器的要求是：容量要大、存储计算机系统对存储器的要求是：容量要大、存储速度要快。速度要快。l 但容量大、速度快与成本低是矛盾的，容量大、但容量大、速度快与成本低是矛盾的，容量大、速度快必然使成本增加
4、。速度快必然使成本增加。l 为了使容量、速度与成本适当折中，现代计算机为了使容量、速度与成本适当折中，现代计算机系统都采用多级存储体系结构：主存储器（内部系统都采用多级存储体系结构：主存储器（内部存储器）、辅助（外部）存储器及网络存储器。存储器）、辅助（外部）存储器及网络存储器。l 在实际使用中，越靠近在实际使用中，越靠近CPU的存储器，与的存储器，与CPU的的数据交流越频繁，其速度自然是越快越好，容量数据交流越频繁，其速度自然是越快越好，容量越大越好，实际情况是其容量一般都不大。为了越大越好，实际情况是其容量一般都不大。为了使大容量的主存储器能与使大容量的主存储器能与CPU进行信息快速交换，
5、进行信息快速交换，在在CPUCPU与主存储器之间还有与主存储器之间还有1-21-2级高速缓冲存储器级高速缓冲存储器（CacheCache），一般集成在），一般集成在CPUCPU芯片内。芯片内。l Cache容量较小，目前一般为几容量较小，目前一般为几MB，其工作速度，其工作速度几乎与几乎与CPU相当。相当。l 主存储器（内存条）容量较大，又称为内部存储主存储器（内存条）容量较大，又称为内部存储器，目前一般为器，目前一般为2GB或或4GB，工作速度比，工作速度比Cache慢。但目前所用的慢。但目前所用的SDRAM、DDRSDRAM和和RDRAM性能已有极大的提高。性能已有极大的提高。l 外部存储
6、器容量大，目前一般为几百外部存储器容量大，目前一般为几百GB，但工作，但工作速度慢。速度慢。l 目前主要采用的是半导体存储器。随着大规模集目前主要采用的是半导体存储器。随着大规模集成电路技术的发展，半导体存储器的集成度大大成电路技术的发展，半导体存储器的集成度大大提高，体积急剧减小，成本迅速降低。提高，体积急剧减小，成本迅速降低。l 除内部存储器之外的存储器统称为外部存储器，目除内部存储器之外的存储器统称为外部存储器，目前主流是磁介质存储器，容量迅速提高，现在主流前主流是磁介质存储器，容量迅速提高，现在主流的是几百的是几百GB的硬盘，速度也提高很快，成本不断的硬盘，速度也提高很快，成本不断下降
7、，已成为微型计算机的主流外部存储器。另外，下降，已成为微型计算机的主流外部存储器。另外，由由NAND闪存组成的固态硬盘、光存储等也在迅速闪存组成的固态硬盘、光存储等也在迅速发展。发展。l 半导体存储器，特别是半导体存储器，特别是MOS存储器，具有体积小、存储器，具有体积小、功耗低、价格便宜的优点。功耗低、价格便宜的优点。MOS存储器的普遍使存储器的普遍使用，是微型计算机得以推广使用的一个必不可少的用，是微型计算机得以推广使用的一个必不可少的条件。条件。微型计算机用到的存储器分类：微型计算机用到的存储器分类：1 1、按制造工艺分、按制造工艺分可将半导体存储器分为双极型和可将半导体存储器分为双极型
8、和MOS型两类。型两类。（1）双极型双极型由由TTL晶体管逻辑电路构成。该类存储器件工晶体管逻辑电路构成。该类存储器件工作速度快，但集成度低、功耗大、价格偏高。作速度快，但集成度低、功耗大、价格偏高。（2）金属氧化物半导体型金属氧化物半导体型简称简称MOS型。该类型有多种制作工艺，如型。该类型有多种制作工艺，如N沟道沟道MOS、HMOS（高密度（高密度MOS）、）、CMOS（互补型（互补型MOS）、）、CHMOS（高速（高速CMOS）等。）等。该类存储器的集成度高、功耗低、价格便宜，该类存储器的集成度高、功耗低、价格便宜，但速度较双极型器件慢。但速度较双极型器件慢。2 2、按使用属性分、按使用
9、属性分 可将半导体存储器分为可将半导体存储器分为ROM和和RAM两类。两类。 （1）ROM在一般情况下只能读出所存信息，而不能重在一般情况下只能读出所存信息，而不能重新写入。信息的写入是通过工厂的制造环节或采新写入。信息的写入是通过工厂的制造环节或采用特殊的编程方法进行的。信息一旦写入，就能用特殊的编程方法进行的。信息一旦写入，就能长期保存，掉电亦不丢失，所以长期保存，掉电亦不丢失，所以ROM属于非易失属于非易失性存储器件。一般用它来存放固定的程序或数据。性存储器件。一般用它来存放固定的程序或数据。ROMROM可分为以下可分为以下5 5种类型。种类型。l 掩模式掩模式ROM，简称，简称ROM。
10、该类芯片通过工厂的。该类芯片通过工厂的掩模制作，已将信息做在芯片当中，出厂后不可更掩模制作，已将信息做在芯片当中，出厂后不可更改。改。l 可编程可编程ROM，简称，简称PROM。该类芯片允许用户进。该类芯片允许用户进行一次性编程，此后便不可更改。行一次性编程，此后便不可更改。l 可擦除可擦除PROM，简称，简称EPROM。一般指可用紫外。一般指可用紫外光擦除的光擦除的PROM。该类芯片允许用户多次编程和擦。该类芯片允许用户多次编程和擦除。擦除时，通过向芯片窗口照射紫外光的办法来除。擦除时，通过向芯片窗口照射紫外光的办法来进行。进行。l 电可擦除电可擦除PROM，简称，简称EEPROM，也称，也
11、称E2PROM。该类芯片允许用户多次编程和擦除。用户可在线进该类芯片允许用户多次编程和擦除。用户可在线进行擦除、编程等操作。行擦除、编程等操作。l 闪存闪存（Flashmemory），是一种新型的容量大、），是一种新型的容量大、速度快、电可擦除可编程只读存储器。速度快、电可擦除可编程只读存储器。（2）RAMlRAM，随机存储器，信息可以根据需要随时，随机存储器，信息可以根据需要随时写入或读出。对于一般的写入或读出。对于一般的RAM芯片，掉电时芯片，掉电时信息将会丢失。信息将会丢失。l静态（静态（Static）RAM，即，即SRAM。它以触。它以触发器为基本存储单元，所以只要不掉电，其发器为基本
12、存储单元，所以只要不掉电，其所存信息就不会丢失。该类芯片的集成度不所存信息就不会丢失。该类芯片的集成度不如动态如动态RAM，功耗也比动态，功耗也比动态RAM高，但它的高，但它的速度比动态速度比动态RAM快，也不需要刷新电路。在快，也不需要刷新电路。在构成小容量的存储系统时如单片机应用系统构成小容量的存储系统时如单片机应用系统一般选用一般选用SRAM，在微型计算机中普遍用在微型计算机中普遍用SRAMSRAM构成高速缓冲存储器。构成高速缓冲存储器。l 动态动态(Dynamic)RAM，即，即DRAM。一般用。一般用MOS型型半导体存储器件构成，最简单的存储形式以单个半导体存储器件构成，最简单的存储
13、形式以单个MOS管为基本单元，管为基本单元，以极间的分布电容是否持有电荷作为以极间的分布电容是否持有电荷作为信息的存储手段，信息的存储手段，其结构简单，集成度高。但是必须其结构简单，集成度高。但是必须为它配备专门的刷新电路。动态为它配备专门的刷新电路。动态RAM芯片的集成度高、芯片的集成度高、价格低廉，所以多用在存储容量较大的系统中。价格低廉，所以多用在存储容量较大的系统中。目前，目前，微型计算机中的主存几乎都是使用动态微型计算机中的主存几乎都是使用动态RAMRAM。（3）新型存储器件）新型存储器件l FRAM（铁电存储器），（铁电存储器），利用铁电晶体的铁电效应实现数据存利用铁电晶体的铁电效
14、应实现数据存储，特点是速度快，能够像储，特点是速度快，能够像RAM一样操作，掉电数据不丢失。一样操作，掉电数据不丢失。l MRAM（非挥发性随机存取存储器），（非挥发性随机存取存储器），具有静态随机存储器具有静态随机存储器（SRAM）的高速存储能力、高集成度，基本上可以无限次地）的高速存储能力、高集成度，基本上可以无限次地重复写入。重复写入。2.2只读存储器只读存储器 l ROM的特点的特点:把信息写入存储器以后，能长期保把信息写入存储器以后，能长期保存，存储器断电后存储器所存信息不变。存，存储器断电后存储器所存信息不变。l ROM器件有两个显著的优点：器件有两个显著的优点：结构简单结构简单，
15、所以位密度比可读，所以位密度比可读/写存储器高；写存储器高；具有具有非易失性非易失性，所以可靠性高。，所以可靠性高。l 通常采用通常采用ROMROM存放调试的程序或数据，如存放系统存放调试的程序或数据，如存放系统监控程序、数据表格监控程序、数据表格等。等。2.2.1 2.2.1 只读存储器的结构及分类只读存储器的结构及分类lROM电路主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。缓冲器组成。只读存储器的分类只读存储器的分类1.掩膜工艺掩膜工艺ROM2.可编程的只读存储器可编程的只读存储器PROM3.可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器EPROM4.可用
16、电擦除的可用电擦除的EEPROM可编程只读存储器可编程只读存储器5.快闪存储器快闪存储器ROM（FLASHROM）1掩模工艺ROMl 在在ROM的生产过程的最后一道掩模工艺时，根据的生产过程的最后一道掩模工艺时，根据用户提出的存储内容制作一块决定用户提出的存储内容制作一块决定MOS管连接方管连接方式的掩模，然后把存储内容制作在芯片上。这种式的掩模，然后把存储内容制作在芯片上。这种ROM的的结构简单，集成度高结构简单，集成度高，但制作掩模的，但制作掩模的成本成本也很高也很高。l 掩模型掩模型ROM可用来存储计算机用的某些标准程序。可用来存储计算机用的某些标准程序。l 根据制造技术，掩模型根据制造
17、技术，掩模型ROM又可分为又可分为MOSMOS型型和和双双极型极型两种两种.l MOS型型功耗小，但速度比较慢，微型机系统中用功耗小，但速度比较慢，微型机系统中用的的ROM主要是这种类型。主要是这种类型。l 双极型双极型速度比速度比MOS型快，但功耗大，只用在速度型快，但功耗大，只用在速度较高的系统中。较高的系统中。l 存储器从译码方式上来看，有字译码结构和复合存储器从译码方式上来看，有字译码结构和复合译码结构两种，译码结构两种，MOS只读存储器也不例外。只读存储器也不例外。（1）字译码结构）字译码结构ROM的内容的内容 字字 位位位位1位位2位位3位位4字字10000字字20110字字310
18、10字字411004 44 4位的位的MOS ROMMOS ROM图图（2 2）复合译码结构）复合译码结构2可编程的只读存储器PROM l PROM指的是指的是“可编程只读存储器可编程只读存储器”，这样的产，这样的产品品只允许写入一次只允许写入一次。l PROM在出厂时，存储的内容全为在出厂时，存储的内容全为1，用户可以根，用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据据需要将其中的某些单元写入数据0以实现对其以实现对其“编程编程”的目的。的目的。3可擦除可编程只读存储器EPROM l EPROM擦除后即可进行再编程，擦除后即可进行再编程，可反复编程可反复编程使用，使用，擦除需要使用紫外线照射一定的
19、时间。擦除需要使用紫外线照射一定的时间。l 这类芯片在芯片外壳上方的中央有一个圆形窗口这类芯片在芯片外壳上方的中央有一个圆形窗口“石英玻璃窗石英玻璃窗”，在紫外线照射下，存储器中的各，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变位信息均变“1”，擦除干净的，擦除干净的EPROM可以通过编可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。程器将应用程序固化到芯片中。l 由于阳光中有紫外线的成分，一个编程后的芯片的由于阳光中有紫外线的成分，一个编程后的芯片的“石英玻璃窗石英玻璃窗”一般使用一般使用黑色不干胶纸黑色不干胶纸盖住，以防盖住，以防止遭到阳光直射而破坏程序。止遭到阳光直射而破坏程序。lEPROM的典型芯片是
20、的典型芯片是Intel公司的公司的27系列产系列产品，按存储容量不同有多种型号。例如品，按存储容量不同有多种型号。例如2716（2KB）、）、2732（4KB）、）、2764（8KB）、）、27128（16KB）、）、27256（32KB）等，该系列芯片都为）等，该系列芯片都为8位位/单元的单元的，所以所以2727后面的数字表示其存储容量，单位后面的数字表示其存储容量，单位为为KbitKbit，除以，除以8 8就是该芯片的单元数，单位就是该芯片的单元数，单位为为KBKB。l不同的不同的EPROM芯片，容量不同，引脚也就芯片，容量不同，引脚也就不一样，但是它们的使用方法相似。不一样，但是它们的使
21、用方法相似。4可电擦除的可编程只读存储器EEPROM l EEPROM又称又称E2PROM，可直接用电信号擦除，也可用电信可直接用电信号擦除，也可用电信号写入号写入。具有。具有ROM的非易失性，又具有的非易失性，又具有RAM的随机读写的特的随机读写的特性。性。l 芯片储存的信息能保留长达芯片储存的信息能保留长达20年之久，具有几百次到几万次年之久，具有几百次到几万次不等的改写次数，只是内容擦除和写入的不等的改写次数，只是内容擦除和写入的时间比较长，大约时间比较长，大约10ms。l E2PROM通过通过读写操作进行逐个存储单元读出和写入读写操作进行逐个存储单元读出和写入，且读且读写操作与写操作与
22、RAM一样，一样，但写入速度慢一些，而断电后却能保存但写入速度慢一些，而断电后却能保存信息。信息。因因E2PROM重编程时间比较长，有效重编程次数也比重编程时间比较长，有效重编程次数也比较低，所以较低，所以E2PROM不能取代不能取代RAM。E2PROM芯片对硬件电芯片对硬件电路没有特殊要求，操作也简单，路没有特殊要求，操作也简单，作为作为ROM使用时就按照使用时就按照EPROM方式连线及进行单元地址编址即可。方式连线及进行单元地址编址即可。l 典型典型E2PROM芯片有芯片有24C04、28C16、2864、CAT24C256、CAT25256等。等。5 5快闪存储器快闪存储器ROMROM（
23、Flash ROMFlash ROM） l FlashROM读写速度很快，存取时间可达读写速度很快，存取时间可达20ns。目。目前很多单片机内均采用前很多单片机内均采用Flash作为程序存储器，其作为程序存储器，其使使用与扩展方法和用与扩展方法和E2PROM一样。一样。l 闪存具有闪存具有擦写快、非易失、在系统编程（擦写快、非易失、在系统编程（ISP）等特等特点，存储容量可达点，存储容量可达16128MB，重复擦写，重复擦写10万次以万次以上，数据可靠保持超过上，数据可靠保持超过10年。年。l 闪速存储器必须闪速存储器必须按块擦除按块擦除（每个区块的大小不（每个区块的大小不定），定），而而E2
24、PROM是一次只擦除是一次只擦除一个字节一个字节，因此，因此目前闪存也被广泛用在目前闪存也被广泛用在PC的主板上，用来保存的主板上，用来保存BIOS程序，便于进行程序的升级，同时也广泛用程序，便于进行程序的升级，同时也广泛用作硬盘的替代，作硬盘的替代，但是将其用来取代但是将其用来取代RAM就显得不就显得不合适，因为合适，因为RAM需要能够按字节改写。需要能够按字节改写。l 常见典型常见典型FlashROM芯片有芯片有AT29C256（32K8位）、位）、AT29LV040A（512K8位）和位）和Am29F016B（2M8位）、位）、28F256、MX29LV320ET（4M8位）位）、MX2
25、9LV128D（16M8位）等。位）等。2.2.2 2.2.2 只读存储器典型产品举例只读存储器典型产品举例 l 1.27256EPROMl32K8位位，15条地址，条地址，8条数据条数据线。线。l 2725627256工作方式选择表工作方式选择表 CECEOEOEVppVppA9A9VccVcc输出端输出端读读低低低低V VccccV Vcccc数据输出数据输出编程编程低低高高V VppppV Vcccc数据输入数据输入校验校验高高低低V VppppV Vcccc数据输出数据输出编程禁止编程禁止高高高高V VppppV Vcccc高阻高阻备用备用高高V VccccV Vcccc高阻高阻输出禁
26、止输出禁止低低高高V VccccV Vcccc高阻高阻IntelIntel标识符标识符低低低低V VccccV VH HV Vcccc编码编码IntelIntel编程方法编程方法低低高高V VppppV Vcccc数据输入数据输入l （1）读方式）读方式l VCC和和VPP都接都接+5V，CPU先通过地址引线送来地先通过地址引线送来地址信号，接着用控制信号，址信号，接着用控制信号，使使CE和和OE都有效，经都有效，经过一段时间，过一段时间，指定单元的内容就可以读出到数据输指定单元的内容就可以读出到数据输出引脚上。出引脚上。l （2）备用方式）备用方式l 未被选中时，未被选中时，最大电流由最大电
27、流由125mA降为降为50mA，输出，输出端处于高阻状态。端处于高阻状态。l （3）编程方式）编程方式l VCC接接5V，VPP接接12V；CE端保持低电平，端保持低电平，OE而而保持高电平，保持高电平，O0O7被用于数据输入，端口上的被用于数据输入，端口上的数据将被写入到数据将被写入到EPROM中，地址信息决定写入到中，地址信息决定写入到哪个存储单元中。哪个存储单元中。l （4）编程禁止）编程禁止l 若在编程时，有若干个若在编程时，有若干个27256并联，有的芯片的并联，有的芯片的编程要禁止，则只要将该芯片的编程要禁止，则只要将该芯片的CE端变为高电平端变为高电平即可。即可。l （5）校验）
28、校验l 为了检查编程时写入数据是否正确，通常在编程为了检查编程时写入数据是否正确，通常在编程过程中包含校验操作，在过程中包含校验操作，在一个字节的编程完成以一个字节的编程完成以后，电源的接法不变，后，电源的接法不变，CE保持高电平保持高电平，令，令OE变变为低电平为低电平，则同一单元的数据在则同一单元的数据在O0O7上输出，上输出，就可以与要输入的数据相比较，校验编程是否正就可以与要输入的数据相比较，校验编程是否正确。确。内部分成内部分成32页，每页页，每页16字节，存储空间为字节，存储空间为32*16=512个字节个字节(4096/8=512)。24C04支持支持I I2 2C C总线总线数
29、数据传送协议，通过控据传送协议，通过控制器件地址输入端制器件地址输入端A0、A1和和A2可以实现将最可以实现将最多多8个个24C04器件连接器件连接到总线上。到总线上。引脚名称引脚名称功能功能A0 A1 A2A0 A1 A2器件地址选择器件地址选择SDASDA串行数据串行数据/ /地址地址SCLSCL串行时钟串行时钟WPWP写保护写保护V VCCCC+1.8+1.86.0V6.0V工作电压工作电压V VSSSS地地2.24C044K位串行位串行EEPROM2.3 2.3 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)(RAM)存储单元的内容可按需随意取出或存入，在存储单元的内容可按需随意取出或存入，在
30、断电时将丢失其存储内容，断电时将丢失其存储内容，它和它和ROMROM的区别在的区别在于于RAMRAM不但可以随时读取，而且还能随时直接不但可以随时读取，而且还能随时直接写入新的信息。写入新的信息。按制造工艺分类，按制造工艺分类，RAM分为分为双极型双极型和和MOS型型两大类。两大类。l 基本基本工作过程工作过程是：是：首先首先得到地址信号和片选信号，得到地址信号和片选信号，片选信号有效该芯片被选中，地址信号决定是对存片选信号有效该芯片被选中，地址信号决定是对存储器的哪个单元进行操作储器的哪个单元进行操作；然后然后得到读得到读/写控制信号，写控制信号，根据读根据读/写信号的电平来确定是进行读操作
31、还是写操写信号的电平来确定是进行读操作还是写操作。作。l 若是若是读操作读操作，芯片就将地址总线所对应存储体单元，芯片就将地址总线所对应存储体单元的数据送到输出缓冲器，在得到输出控制信号有效的数据送到输出缓冲器，在得到输出控制信号有效时，再将该数据放到数据总线上。时，再将该数据放到数据总线上。l 若是若是写操作写操作，在写信号有效时就将数据总线上的数，在写信号有效时就将数据总线上的数据写入到芯片存储体的一个单元，到底写到哪个单据写入到芯片存储体的一个单元，到底写到哪个单元，由地址总线信号决定。元，由地址总线信号决定。l 若若片选信号无效片选信号无效，该芯片不进行任何操作，输出缓，该芯片不进行任
32、何操作，输出缓冲器输出线呈高阻状态，可实现该芯片输出缓冲器冲器输出线呈高阻状态，可实现该芯片输出缓冲器与外部数据总线的与外部数据总线的隔离隔离。l 按制造工艺分类，按制造工艺分类，RAM分为分为双极型双极型和和MOS型型两大类。两大类。l 1双极型双极型RAM的特点的特点l 存储速度快点；存储速度快点；l 以晶体管的触发器作为基本存储电路，故管以晶体管的触发器作为基本存储电路，故管子较多些；子较多些；l 与与MOS相比集成度较低；相比集成度较低；l 功耗大；功耗大；l 成本高。成本高。l 所以，所以，双极型双极型RAMRAM主要用在对速度要求较主要用在对速度要求较高的微型机中或作为高的微型机中
33、或作为CacheCache。2MOS型型RAM又可分为静态又可分为静态SRAM和动态和动态DRAM两种。两种。l （1）静态静态RAM的特点的特点多管构成的触发器作为基本存储电路；多管构成的触发器作为基本存储电路；集成度高于双极型，但低于动态集成度高于双极型，但低于动态DRAM；不需要刷新，故可省去刷新电路；不需要刷新，故可省去刷新电路；功耗比双极型低，但比动态功耗比双极型低，但比动态RAM高。高。易于用电池作为后备电源。易于用电池作为后备电源。存取速度较动态存取速度较动态RAM快。快。l （2）动态动态RAM的特点的特点基本存储电路可以用单管线路组成（靠电容基本存储电路可以用单管线路组成（靠
34、电容存储电荷）；存储电荷）；集成度高；集成度高；比静态比静态RAM的功耗更低；的功耗更低；价格比静态便宜；价格比静态便宜；因动态存储器靠电容来存储信息，由于总是因动态存储器靠电容来存储信息，由于总是存在着泄漏电流，故需要存在着泄漏电流，故需要定时刷新定时刷新。典型的是要典型的是要求每隔求每隔1ms刷新一遍。刷新一遍。l MOSMOS型存储器因其集成度高、功耗低、价格便宜型存储器因其集成度高、功耗低、价格便宜而得到广泛应用。而得到广泛应用。2.3.1 2.3.1 静态基本存储电路静态基本存储电路l MOS触发器触发器静态静态RAM是是用用MOS管作管作为基本记忆为基本记忆元件。元件。 八管静态基
35、本存储单元八管静态基本存储单元2.3.2 2.3.2 动态基本存储电路动态基本存储电路l 动态存储单元电路动态存储单元电路功耗低功耗低，在大容量存储器中得，在大容量存储器中得到广泛使用。动态基本存储电路是利用到广泛使用。动态基本存储电路是利用MOSMOS管栅管栅极和源极之间的极间电容极和源极之间的极间电容C1C1来存储信息的。来存储信息的。l 静态基本存储单元电路工作时至少一组静态基本存储单元电路工作时至少一组MOS管管导通来维持稳态，因而功耗较大。导通来维持稳态，因而功耗较大。l 由此可见，动态存储电路具有集成度高、成本低、由此可见，动态存储电路具有集成度高、成本低、功耗低，但由于刷新，需要
36、有较复杂的外围控制功耗低，但由于刷新，需要有较复杂的外围控制电路，电路，所以只有在构成大容量的存储系统时（如所以只有在构成大容量的存储系统时（如PC）才有较高的性价比。）才有较高的性价比。单管动态存储单元单管动态存储单元 2.3.3 RAM2.3.3 RAM芯片介绍芯片介绍1.典型静态典型静态 Intel 2128 Intel 2128 NMOS RAM NMOS RAM 2K8位，单一位，单一5V供电，供电，8位数据线位数据线D0D7，一，一个片选端，一个输出允个片选端，一个输出允许端，一个写控制端，许端，一个写控制端，11根地址线。根地址线。与与2716、2732兼容兼容。在片选为高电平（
37、无效）在片选为高电平（无效）时，时，功耗自动降低到工功耗自动降低到工作时的作时的1/4左右。左右。CEWEOED0-D7未选中未选中1 1任意任意任意任意高阻抗高阻抗输出禁止输出禁止0 01 11 1高阻抗高阻抗读出读出0 01 10 0数据输出数据输出写入写入0 00 0任意任意数据输入数据输入l 2.静态存储器静态存储器ISSIIS65C256CMOSStaticRAM32K8位，单一位，单一5V供电，供电，8位数据线位数据线D0D7，一个片选端，一个输出允许端，一个写控，一个片选端，一个输出允许端，一个写控制端，制端，15根地址线。根地址线。 IS65C256IS65C256引脚排列和功
38、能结构示意图引脚排列和功能结构示意图 3.Intel 21163.Intel 2116动态存储器动态存储器16K1位动态位动态RAM，16个引脚，个引脚，16K 16K 应当有应当有1414条地址信号线，但条地址信号线，但21162116引脚只有引脚只有7 7个地址个地址信号引线端信号引线端A0A0A6,A6,即即是列地址，又是行地址，是列地址，又是行地址，通过两个控制信号列地通过两个控制信号列地址选通信号址选通信号CAS和行地和行地址选通信号址选通信号RAS来区别。来区别。CECEWEWEOEOEI/OI/O0 0I/OI/O7 7未选中未选中1 1任意任意任意任意高阻抗高阻抗输出禁止输出禁
39、止0 01 11 1高阻抗高阻抗读出读出0 01 10 0数据输出数据输出写入写入0 00 0任意任意数据输入数据输入l Intel2116在工作时，在工作时，行选通行选通RASRAS信号先有效，输入信号先有效，输入行地址行地址A0A0A6A6，存入芯片内部的行地址锁存器，然存入芯片内部的行地址锁存器，然后列选通后列选通CASCAS有效，将随之而来的有效，将随之而来的A0A0A6A6为列地址为列地址A7A7A13A13存入列地址锁存器。存入列地址锁存器。l 2116只要只要RAS行信号有效时，该芯片开始工作，行信号有效时，该芯片开始工作，芯芯片三态数据输出端只受片三态数据输出端只受CAS控制。
40、控制。l 读操作：读操作：当当RAS和和CAS都为低电平，都为低电平，WE保持高电平保持高电平时，所选中的存储单元信息送到数据输出总线。时，所选中的存储单元信息送到数据输出总线。l 写操作：写操作：当当RAS和和CAS都为低电平，都为低电平，WE而保持低电而保持低电平时，将数据线的信息写入指定单元。平时，将数据线的信息写入指定单元。RASRAS l 刷新操作：刷新操作：刷新是按行进行的，刷新是按行进行的，要在要在2ms的时间的时间里对里对A0A6的的128个地址个地址轮流刷新一遍。轮流刷新一遍。刷新操刷新操作只需使作只需使RAS为低电平，读入行地址，为低电平，读入行地址，而而CAS为为高电平（
41、高电平（不必读列地址不必读列地址），就可以对行地址所对），就可以对行地址所对应的应的128个存储单元同时进行刷新。个存储单元同时进行刷新。l 动态动态RAM的数据线一般只有一条，所以在实用中的数据线一般只有一条，所以在实用中厂家或商家通常是将厂家或商家通常是将8 8片动态片动态RAMRAM装配在一个装配在一个RAMRAM条条上出售上出售，以简化系统的电路连接。，以简化系统的电路连接。2.4 FLASH2.4 FLASH存储器存储器 l FlashFlash存储器存储器（Flash MemoryFlash Memory），又名闪速存储器（简称闪存），是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所
42、存储的数据信息）的存储器，数据删除以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。 2.4.12.4.1、FLASHFLASH类型及应用类型及应用l 从技术架构来分，主要有从技术架构来分，主要有NOR、NAND等几大阵等几大阵营。营。1NOR技术技术（1）NORl 基于基于NOR技术（也称为技术（也称为Linear技术）的闪速存储技术）的闪速存储器出现最早，目前仍是多数供应商支持的技术架器出现最早，目前仍是多数供应商支持的技术架构，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，构，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，广广泛用于泛用于PC的的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器固件、移动电话、硬盘驱
43、动器的控制存储器等的控制存储器等。 NOR NOR技术特点：技术特点：l 程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，据总线和地址总线，能快速随机读取；能快速随机读取；l 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必必须以块为单位或对整片执行擦除操作，须以块为单位或对整片执行擦除操作，编程之前编程之前需要对块或整片进行需要对块或整片进行预编程和擦除操作预编程和擦除操作。l 擦除和编程操作所花费的时间很长。擦除和编程操作所花费的时间很长。l Intel公司的公司的StrataFlash家族中的最新成员
44、家族中的最新成员28F128J3，达到，达到128Mb（位），（位），对于要求程序对于要求程序和数据存储在同一芯片中的应用场合是一种较理和数据存储在同一芯片中的应用场合是一种较理想的选择。想的选择。（2）DINORl 具有快速随机读取的功能，具有快速随机读取的功能，按字节随机编程的速按字节随机编程的速度略低于度略低于NORNOR，而块擦除速度快于，而块擦除速度快于NORNOR。l DINOR技术在执行擦除操作时无须对页进行预编技术在执行擦除操作时无须对页进行预编程，程，且且编程操作所需电压低于擦除操作所需电压，编程操作所需电压低于擦除操作所需电压，这与这与NOR技术相反。技术相反。2NAND技
45、术技术（1）NAND技术特点有：技术特点有：l 以页为单位进行读和编程，以页为单位进行读和编程，1页为页为256B或或512B；以；以块为单位进行擦除，块为单位进行擦除，1块可以为块可以为4KB、8KB或或16KB。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是2ms；而而NOR技术的块擦除时间达到几百技术的块擦除时间达到几百ms。l 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。取速度慢且不能按字节随机编程。l 芯片尺寸小，引脚少，是位成本（芯片尺寸小，引脚少，是位成本（bitcost）
46、最低的）最低的固态存储器。固态存储器。l 芯片包含有失效块，其数目最大可达到芯片包含有失效块，其数目最大可达到335块。块。失失效块不会影响有效块的性能，效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。块在地址映射表中屏蔽起来。（2）UltraNANDl 与与NAND兼容，拥有比兼容，拥有比NAND技术更高等级的可技术更高等级的可靠性；靠性；可用来存储代码可用来存储代码，它没有失效块，它没有失效块，因此不因此不用系统级的查错和校正功能，能更有效地利用存用系统级的查错和校正功能，能更有效地利用存储器容量。储器容量。l 此外，此外，NDND技术，是目前在数据
47、和文档存储领域中技术，是目前在数据和文档存储领域中另一种占重要地位的闪速存储技术。还有由另一种占重要地位的闪速存储技术。还有由EEPROMEEPROM派生的闪速存储器，具有很高的灵活性，派生的闪速存储器，具有很高的灵活性，可以单字节读写（不需要擦除，可直接改写数可以单字节读写（不需要擦除，可直接改写数据），但存储密度小，单位成本高。据），但存储密度小，单位成本高。 NORNOR和和NAND FlashNAND Flash存储器的使用区别 l NOR芯片内可以执行（芯片内可以执行（XIP，eXecuteInPlace），），这样应用程序可以直接在这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，闪存内
48、运行，不必不必再把代码读到系统再把代码读到系统RAM中。中。NOR的传输效率也很的传输效率也很高，在高，在14MB的小容量时具有很高的成本效益，的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。实用中当闪存只是用来存储少量的代码时，实用中当闪存只是用来存储少量的代码时，NORNOR闪闪存更适合一些。存更适合一些。l NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于的困难在于Flash的管理和需要
49、特殊的系统的管理和需要特殊的系统接口。所以接口。所以实用中实用中NANDNAND则是高数据存储密度的理想则是高数据存储密度的理想解决方案解决方案。2.4.3 闪存AT29LV040A芯片介绍Atmel公司的公司的NOR闪存闪存AT29LV040A可与各种单片机连接。可与各种单片机连接。1AT29LV040A的主要性能的主要性能l l速读取时间：速读取时间：150ns；l l单一电压下在线编程（编程前自动擦除）电压：单一电压下在线编程（编程前自动擦除）电压：3.3V0.3V；l l存储容量：存储容量：4Mbit（512KB8）；）；l l以以256字节为一页的页写入操作，片内带字节为一页的页写入
50、操作，片内带256字节的地址字节的地址数据锁存；数据锁存；l l单页写入时间单页写入时间20ms，芯片擦除时间，芯片擦除时间20ms；l l低功耗低功耗:读写电流读写电流15mA，维持电流，维持电流40nA；l lCMOS工艺，工艺，10000次擦除写入寿命，数据可保存次擦除写入寿命，数据可保存10年；年；l l输入输入/输出与输出与TTL、CMOS电平兼容；电平兼容；l l温度范围：商用为温度范围：商用为070，工业用为，工业用为-4085。2AT29LV040A的引脚图的引脚图和引脚和引脚l A0A18：地址线；：地址线；l CE：片选线；：片选线；l OE：输出允许：输出允许(读读)信号
