存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?

存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?存储器的分类与用途       存储器是一种具有记忆功能的接收、保存和取出信息的设备,是计算机的重要组成部分,是CPU最重要的系统资源之存储器按在微机中的位置可分为主存储器(内存)、辅助存储器(外存)和缓冲存储器(

存储器的分类与用途          存储器是一种具有记忆功能的接收、保存和取出信息的设备,是计算机的重要组成部分,是CPU最重要的系统资源之存储器按在微机中的位置可分为主存储器(内存)、辅助存储器(外存)和缓冲存储器(缓存)三大类。内存一般由半导体存储器构成,通常装在计算机主板上,存取速度快,但容量有限;外存是为了弥补内存容量的不足而配置的,如硬盘、软盘等,外存容量大、成本低,所存信息既可修改也可长期保存,但存取速度慢;缓存位于内存与CPU之间,其存取速度非常快但存储容量更小,一般用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾,可提高整个系统的运行速度。存储器主要性能指标是存储容量、存储速度和可靠性。   一、随机存取存储器RAM           计算机的内存储器由ROM和RAM两部分组成。其中,只能读不能写的存储器,称为只读存储器ROM;即能读又能写的存储器,叫做可读写存储器RAM。由于历史上的原因,可读写存储器也被人们称为随机存取存储器。           通常ROM中的程序和数据是事先存人的,在工作过程中不能改变,这种事先存人的信息不会因掉电而丢失,因此ROM常用来存放计算机监控程序、基本输入输出程序等系统程序和数据8RAM中的信息则掉电就会消失,所以主要用来存放应用程序和数据。           对存储器的读写或取出都是随机的,通常要按顺序随机存取。按顺序随机存取有两种方式: 一是先进先出;二是后进先出。   1.RAM的功能与结构   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           RAM的电路结构框图如图1所示。地址译码器:RAM中的每个寄存器都有一个编号,称为地址。在每次读/写信息时,只能和某一一个指定地址的寄存器之间进行取出或是存入,此过程称为访问存储器。访问地址的是机器识别的二进制数,送给地址译码器译码后,由相应输出线给出信号,控制被选中的寄存器与存储器的I/O端子,使其进行读/写操作。            I/O控制器:为了节省器件引脚的数目,数据的输人和输出共用相同的I/O引脚。读出时它们是输出端,写人时它们又是输入端,即一线二用,由读/写控制线控制。I/O端子数决定于一一个地址中寄存器的位数。通常RAM中寄存器有五种输人信号和一种输出信号:地址输入信号、读/写控制输人信号、OE输出控制信号、CS片选控制输入信号、数据输人信号和数据输出信号。          片选控制:由于集成度的限制,通常要把许多片RAM组装在一起构成一台计算机的存储器。当CPU访问存储器时,存储器中只允许一片RAM中的一个地址与CPU交换信息,其他片RAM不能与CPU发生联系,所谓片选就是实现这种控制。通常一片RAM有1根或几根片选线,当某一片的片选线为有效电平时,则该片被选中,地址译码器的输出信号控制该片某个地址与CPU接通;片选线为无效电平时,与CPU之间呈断开状态。例如片选信号CS=“1″时,RAM禁止读写,处于保持状态,I/O口的三态门处于高阻抗状态;CS=”0”时,RAM可在读/写控制输人R/W的作用下作读出或写人操作。            存储矩阵:存储矩阵是存储器的主体,含有大量的基本存储单。通常数据和指令是用-定位数的二进制数来表示的,这个二进制数称为字,字的位数称为字长。存储器以字为单位进行存储,为了存人和取出的方便,必须给每个字单以确定的标号,这个标号称为地址,不同的字单具有不同的地址。存储器的容量由地址码的位数m决定,当地址码的位数为n,长的位数为m时,存储器内含2nXm个存储单。   2.RAM的存储单电路            存储单是RAM的核心部分,RAM字中所含的位数是由具体的RAM器件决定的,可以是4位、8位、16位和32位等。每个字是按地址存取的。一般操作顺序是:先按地址选中要进行读或写操作的字,再对找到的字进行读或写操作。打一比方:存储器好比一座宿舍楼,地址对应着房间号,字对应着房间内住的人,位对应床位。            存储器按功能的不同可分为静态和动态两类,按所用件的类型又可分为双极型和单极型两种。双极型存储单速度快,单极型存储单功耗低容量大。在要求存取速度快的场合常用双极型RAM电路;在对速度要求不高的场合,常用单极型存储器。下面主要以单极型存储器为例介绍RAM的工作原理。           (1)静态RAM存储单   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           T1和T2、T3和T4分别构成两个反相器,如图2所示。两个反相器交叉耦合又构成了基本触发器,作为储存信号的单,当Q=1时为“1”态,Q=0时为“0”态。T5和T6是门控管,其导通和截止均受行选择线控制。          当行选择线为高电平时,T5、T6导通,触发器输出端与位线接通;当行选择线为低电平时,T5、T6截止,存储单和位线断开。          (2)动态RAM存储单           一个MOS管和一个电容即可组成一个最简单的动态存储单电路,如图3所示。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?          写入时,送到数据线上的二进制信号经T存人C中;读出时,C的电平经数据线读出,读出的数据经放大后,再送到输出端。           由于C和数据线的分布电容Co相并,因此C要损失部分电荷。为保持原有信息不变,使放大后的数据同时回送到数据线上,对C应进行重写,称为刷新。对长时间无读/写操作的存储单,C会缓慢放电,所以存储器必须定时对所有存储单进行刷新,这是动态存储器的特点。   3.RAM的容量扩展            RAM的容量由地址码的位数n和字的位数m共同决定。因此常用的容量扩展法有位扩展、字扩展和字位扩展三种形式。如果一片RAM中的字数已经够用,而每个字的位数不够用时,可采用位扩展连接方式解决。其数据位的扩展方法是将各个RAM的地址码并联,片选端并联,如图4所示。   
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存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           图5所示为RAM字扩展的典型实例:利用两片1024字x4位的RAM器件构成2048字x4位的RAM。利用地址码的最高位A10控制RAM器件的片选Cs端,以决定哪一片RAM工作。地址码的低A0~A9并联接到两片RAM的地址输人端。两片RAM的数据输人/输出端(I/O 1~4)按位对应地并联使用。字位同时扩展连接较复杂,如图6所示。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           16片1024X4位的RAM和3线-8线译码器74IS138相接,可扩展三个地址输人端,构成一个8kx4位的RAM。   二、 可编程逻辑器件           可编程逻辑器件属于只读存储器ROM,其方框图与RAM相似。   ROM将RAM的读写电路改为输出电路;ROM的存储单由一些二极管、MOS管及熔丝构成,结构比较简单。   1.只读存储器ROM的基本结构            只读存储器在工作时只能进行读出操作,基本结构如图7所示。只读存储器ROM的特点是:存储单简单,集成度高,且掉电时数据不会丢失。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?   2.可编程逻辑器件的存储单            只读存储器ROM存人数据的过程称为“编程”。根据编程方式的不同,可分为内容固定的ROM,一次性编程的PROM、可多次编程的EPROM和电改写的EEPROM。早期制造的PROM可编程逻辑器件的存储单是利用其内部熔丝否被烧断来写人数据的,因此只能写人一次,使其应用受到很大限制。目前使用的PROM可多次写人,其存储单是在MOS管中置人浮置栅的方法实现的。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?            浮置栅型PMOS管的结构原理图如图8所示,浮置栅被包围在绝缘的二氧化硅之中。写人时,在漏极和衬底之间加足够高的反向脉冲电压把PN结击穿,雪崩击穿产生的高能电子穿透二氧化硅绝缘层进入浮置栅中。脉冲电压消失后,浮置栅中的电子无放电回路而被保留下来。   浮置栅PMOS写入数据后,带电荷的浮置栅使PMOS管的源极和漏极之间导通,当字线选中某一存储单时,该单位线即为低电平,如图9所示;若浮置栅中无电荷(未写入),浮置栅PMOS管截止,位线为高电平。当用户需要改写存储单中的内容时,要用紫外线或X射线照射擦除,使浮置栅上注人的电荷形成光电流泄漏掉,EPROM可恢复原来未写人时的状态,因此又可重新写人新信息。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?            利用光照抹掉写人内容需要大约30min的时间。为了缩短抹去时间,人们研制出了电擦除方式。电擦除的速度一般为ms数量级,其擦除的过程就是改写的过程,改写以字为单位进行的。电擦除的EEPROM既可以在掉电时不丢失数据,又可以随时改写写,人的数据,重复擦除和改写的次数可达1万次以上。   3.可编程逻辑器件            可编程逻辑器件常简称为PLD( programmable logic device ) ,按编程方式可分为掩膜编程和现场编程。掩膜编程是由生产厂家采用掩膜工艺专门为用户制作;现场编程则是由用户在工作现场进行编程,以实现所需要的逻辑功能。            任意一个逻辑函数都可以写成与一或表达形式,所以可编程逻辑器件的基本结构是一个 与阵列和一个或阵列,如图10所示。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?            PLD有较大的与或阵列,其逻辑图的画法也与传统的画法有较大的区别。            (1)可编程逻辑阵列(PLA)           可编程逻辑阵列PLA在存储器中的主要应用是构成组合逻辑电路中,例如可用PLA实现4位二进制数转换为Gray码(格雷码,又叫循环二进制码或反射二进制码)的电路。           PLA的特点:与阵列和或阵列都可以编程。PLA中的与阵列被编程产生所需的全部与项;PLA中的或阵列被编程完成相应与项间的或运算并产生输出,如图11所示。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           PLA大大提高芯片面积的有效利用率。           (2)可编程阵列逻辑(PAL)           可编程阵列逻辑PAL的速度高且价格低,电路输出结构形式有多种,因此可以方便地进行现场编程,所以大受用户欢迎。           为实现时序逻辑电路的功能,可编程阵列逻辑PAL在或门和三态广之间加人D触发器,并且将D触发器的输出反馈回与阵列,如图12所示,从而使PAL的功能大大提高。与同样位数的PLA相比,PAL不但减少了编程点数,而且也简化了编程工作,更加有利于辅助设计系统的开发。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           PAL编程是按“熔丝图”进行的,图13所示为实现“异或”函数的熔丝图,图中“x”表示熔丝保留,而无“x”的交点表示熔丝烧断。   
存储器的分类和用途有哪些_存储器的类型分别有哪几种?           由于PAL采用双极型熔丝工艺,工作速度较高,但由于与阵列的“熔丝”工艺,因此只能进行一次编程,而且需要在专门的编程器上进行编程,所以其应用仍受到限制。

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