Digital-electronics 简明教程

RAM and ROM

在上一章中，我们讨论了存储设备及其特性。阅读本章以了解两种最重要的存储器类型的特性，即 RAM（随机存取存储器）和 ROM（只读存储器），这些存储器用于计算机、笔记本电脑、智能手机等数字系统。

What is RAM?

RAM 构成了 CPU 的内部存储器，用于存储数据、程序和程序结果。它是可读可写的存储器。它称为随机存取存储器 (RAM)。

由于 RAM 中的访问时间与地址无关，即存储器内的每个存储位置都像其他位置一样容易到达，而且花费的时间相同。我们可以随机且极其快速地进入存储器，但它也可能非常昂贵。

RAM 是一种易失性存储器，即在关掉计算机或断电时，存储在其中的数据就会丢失。因此，计算机通常使用备用不间断电源系统 (UPS)。RAM 很小，无论是其物理尺寸还是可以容纳的数据量。

Types of RAM

RAM 或随机存取存储器分为以下两种类型 −

  1. Static RAM (SRAM)

  2. Dynamic RAM (DRAM)

让我们详细讨论这两种类型的 RAM。

Static RAM (SRAM)

“静态”一词表示只要有电力供应，内存就能保留其内容。然而，由于易失性，在电源关闭后数据丢失。SRAM 芯片使用由 6 个晶体管和电容器组成的矩阵。晶体管不需要电力来防止泄漏，因此 SRAM 不必经常刷新。

由于矩阵中存在额外的空间，SRAM 使用的芯片比 DRAM 用于相同数量的存储空间的芯片多，因此制造成本更高。静态 RAM 主要用作高速缓存，需要非常快且小。

以下是 SRAM 的一些重要特性 -

  1. 作为 RAM 的一种类型，SRAM 也是一种易失性存储器。因此，它需要持续的电力供应才能保留其存储的数据。如果断电或关闭电源，存储在 SRAM 中的数据将被删除。

  2. SRAM 是一种高速随机存取存储器。SRAM 无需刷新即可维护其存储的数据。

  3. SRAM 由称为 { @s0} 的半导体组件构成，这些组件存储数据。SRAM 具有 { @s1}。这主要是因为其复杂的存储器单元结构。这也导致了更大的物理尺寸。

  4. SRAM 主要用于高速数据访问很重要的数字系统中。例如，它用作 CPU 高速缓存、高速缓冲器以及微处理器和微控制器中的寄存器。

  5. SRAM 相对来说 { @s2}。这主要是因为其较低的存储密度和较高的制造成本。

Dynamic RAM (DRAM)

DRAM 与 SRAM 不同，必须对其进行连续刷新才能维护数据。这是通过将存储器放置在刷新电路上来实现的，该电路每秒重写数据数百次。DRAM 用于大多数系统存储器，因为它便宜且小。

所有 DRAM 都由存储器单元构成。这些单元由一个电容器和一个晶体管组成。

DRAM（动态随机存取存储器）的重要特性如下 -

  1. 由于 DRAM 也是一种随机存取存储器，所以它也是一种易失性存储器，因此需要持续的电力供应才能保留其存储的数据。{ @s3}。

  2. 在 DRAM 中，存储器单元由电容器和晶体管组成。其中每个存储器单元可以在电容器中的电荷形式存储一个比特的数据。

  3. 在 DRAM 中，为了防止由于电容器泄漏而丢失存储数据，需要一个刷新电路进行周期性刷新。这就是在 DRAM 中使用“动态”一词的主要原因。

  4. 对于 DRAM，{ @s4} 通常以纳秒 (ns) 为单位。DRAM { @s5} 于 SRAM。

这些就是有关 RAM（随机存取存储器）及其类型的全部内容。现在让我们讨论另一种称为 ROM 的存储设备类型。

What is ROM?

ROM 代表只读存储，即只能读取但无法写入的存储器。这种类型的存储器是非易失性的。信息在制造过程中永久存储在这样的存储器中。

ROM 存储计算机第一次通电时启动计算机所需的指令，此操作称为引导。ROM 芯片不仅用于计算机，还用于洗衣机和微波炉等其他电子设备。

Types of ROM

以下是只读存储器 (ROM) 的一些重要类型 -

  1. MROM

  2. PROM

  3. EPROM

  4. EEPROM

让我们详细讨论这些不同类型的 ROM 及其重要特性。

MROM (Masked ROM)

最早的 ROM 是硬连线的设备，包含预编程的数据或指令集。这些类型的 ROM 称为掩模 ROM。这是廉价的 ROM。

因为它是一种类型的 ROM，因此它也是非易失性存储器。MROM 在制造时进行编程，并且以后不能修改或更改其数据。

以下是 MROM 的一些重要特征 -

  1. MROM 是非易失性存储器。因此，即使切断或断开电源，它也能保留数据。

  2. MROM 主要用于存储永久性软件和指令，如固件、引导加载程序代码以及系统操作必需的其他系统数据。

  3. 在 MROM 中，数据和程序在制造过程中写入。一旦编程完成，存储的数据就不能修改或更改。因此，它是一种一次性可编程存储器。

  4. MROM 的另一个重要特征是只读存储器。因此，它支持只读操作。

  5. MROM 是 inexpensive 类型的只读存储器。

  6. MROM 的主要 disadvantage 是它的 limited flexibility ，这意味着一旦编程完成，存储的数据就不能更改或删除。

PROM (Programmable Read Only Memory)

PROM 是一种只能由用户修改一次的只读存储器。用户购买空白 PROM，并使用 PROM 编程器输入所需内容。

在 PROM 芯片内部，在编程期间会烧毁小保险丝。它只能编程一次，并且不可擦除。

以下是可编程只读存储器的重要特征 -

  1. 当断电时，PROM 也会保留其存储数据。

  2. PROM 是可编程存储器，但只能由用户编程一次。然后，它的存储数据不能更改、删除或重写。

  3. 在 PROM 中，存储单元是使用基于保险丝的技术制造的，其中存储数据涉及熔断微小保险丝。

  4. PROM 也是一种只读存储器，因此它仅支持读取操作。

  5. 与 MROM 一样，PROM 也提供有限的灵活性，因为一旦数据编程，就无法更改或擦除。

EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory)

EPROM 可以通过将其暴露在紫外线下长达 40 分钟来擦除。通常，EPROM 擦除器可以实现此功能。

在编程期间，电荷被困在绝缘栅极区域。该电荷保留的时间超过十年，因为该电荷没有泄漏路径。为了擦除此电荷，紫外线会通过石英晶体窗口（盖子）。这种紫外线照射会消散电荷。在正常使用中，石英盖使用标签密封。

以下是 EPROM 的一些主要特征 −

  1. 即使在没有电源的情况下，EPROM 也可以永久存储数据。

  2. EPROM 是电可编程存储器。因此，可以通过向其写入电路施加特定电压等级来对其进行编程。

  3. 可以通过将 EPROM 暴露于紫外线下约 20 至 30 分钟来多次擦除它。然后，它可以再次重新编程。

  4. EPROM 芯片在其顶部有一个石英窗口。这是为了让紫外线穿透以擦除存储的数据。

  5. EPROM 提供高存储密度。因此，它可以在相对较小的物理空间中容纳大量的数据。

  6. EPROM 是 slower to write ，它会影响系统的整体性能。

EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)

EEPROM 是通过电进行编程和擦除的。它可以被擦除和重新编程大约一万次。擦除和编程都大约需要 4 到 10 毫秒（毫秒）。

在 EEPROM 中，可以有选择地擦除和编程任何位置。可以一次擦除一个字节的 EEPROM，而不是擦除整个芯片。因此，重新编程的过程是灵活的，但是很慢。

电可擦除可编程只读存储器的重要特征如下 −

  1. 作为 ROM，EEPROM 永久存储数据。

  2. EEPROM 可以通过电气方式进行擦除和重新编程，并且无需任何特殊设备或紫外线来擦除存储的数据。

  3. EEPROM 可以被擦除和重新编程多次。

  4. EEPROM 还提供了随机数据访问功能。此功能允许进行高效且快速的数据操作和管理。

  5. EEPROM 消耗的电能非常少。因此，它更适合用于以电池供电的设备（在这种设备中，能效很重要）。

  6. EEPROM 是一种具有成本效益的只读存储器设备，专为在现代数字系统中使用而设计。

Conclusion

在本章中，我们解释了 RAM 和 ROM 的基础知识以及它们的不同类型和特征。