单片机存储器系统基本知识

存储器的分类

按照存储介质不同，可以将存储器分为半导体存储器、磁存储器、激光存储器。

这里我们只讨论构成内存的半导体存储器。

按照存储器的存取功能不同，半导体存储器可分为只读存储器（Read Only Memory  简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory  简称RAM）

1.         只读存储器（ROM）

ROM的特点是把信息写入存储器以后，能长期保存，不会因电源断电而丢失信息。计算机在运行过程中，只能读出只读存储器中的信息，不能再写入信息。一般地，只读存储器用来存放固定的程序和数据，如微机的监控程序、汇编程序、用户程序、数据表格等。根据编程方式的不同，ROM共分为以下5种：

(1)掩模工艺ROM

这种ROM是芯片制造厂根据ROM要存贮的信息，设计固定的半导体掩模版进行生产的。一旦制出成品之后，其存贮的信息即可读出使用，但不能改变。这种ROM常用于批量生产，生产成本比较低。微型机中一些固定不变的程序或数据常采用这种ROM存贮。

(2)可一次性编程ROM（PROM）

为了使用户能够根据自己的需要来写ROM，厂家生产了一种PROM。允许用户对其进行一次编程──写入数据或程序。一旦编程之后，信息就永久性地固定下来。用户可以读出和使用，但再也无法改变其内容。

(3)紫外线擦除可改写ROM（EPROM）

可改写ROM芯片的内容也由用户写入，但允许反复擦除重新写入。EPROM是用电信号编程而用紫外线擦除的只读存储器芯片。在芯片外壳上方的中央有一个圆形窗口，通过这个窗口照射紫外线就可以擦除原有的信息。由于阳光中有紫外线的成分，所以程序写好后要用不透明的标签封窗口，以避免因阳光照射而破坏程序。EPROM的典型芯片是Intel公司的27系列产品，按存储容量不同有多种型号，例如2716（2KB´8）、2732（4KB´8）、2764（8KB´8）、27128（16KB´8）、27256（32KB´8）等，型号名称后的数字表示其存储容量。

(4)电擦除可改写ROM（EEPROM或E²PROM）

这是一种用电信号编程也用电信号擦除的ROM芯片，它可以通过读写操作进行逐个存储单元读出和写入，且读写操作与RAM存储器几乎没有什么差别，所不同的只是写入速度慢一些。但断电后却能保存信息。典型E²PROM芯片有28C16、28C17、2817A等。

(5)快擦写ROM（flash ROM）

E²PROM虽然具有既可读又可写的特点，但写入的速度较慢，使用起来不太方便。而flash ROM　是在EPROM和E²PROM的基础上发展起来的一种只读存储器，读写速度都很快，存取时间可达70ns，存储容量可达16MB~128MB。这种芯片可改写次数可从1万次到100万次。典型flash ROM芯片有28F256、28F516、AT89等。

2.  随机存储器RAM（也叫读写存储器）

读写存储器RAM按其制造工艺又可以分为双极型RAM和金属氧化物RAM。

(1) 双极型RAM

　  双极型RAM的主要特点是存取时间短，通常为几到几十纳秒（ns）。与下面提到的MOS型RAM相比，其集成度低、功耗大，而且价格也较高。因此，双极型RAM主要用于要求存取时间短的微型计算机中。

(2) 金属氧化物（MOS）RAM

用MOS器件构成的RAM又分为静态读写存储器（SRAM）和动态读写存储器（DRAM）。

j静态RAM（SRAM）

静态RAM的基本存储单元是MOS双稳态触发器。一个触发器可以存储一个二进制信息。静态RAM的主要特点是，其存取时间为几十到几百纳秒（ns），集成度比较高。目前经常使用的静态存储器每片的容量为几KB到几十KB。SRAM的功耗比双极型RAM低，价格也比较便宜。

k动态RAM（DRAM）

动态RAM的存取速度与SRAM的存取速度差不多。其最大的特点是集成度特别高。其功耗比SRAM低，价格也比SRAM便宜。DRAM在使用中需特别注意的是，它是靠芯片内部的电容来存贮信息的。由于存贮在电容上的信息总是要泄漏的，所以，每隔2ms到4ms，DRAM要求对其存贮的信息刷新一次。

l集成RAM（i RAM）

集成RAM――Integrated RAM，缩写为i RAM，这是一种带刷新逻辑电路的DRAM。由于它自带刷新逻辑，因而简化与微处理器的连接电路，使用它和使用SRAM一样方便。

m非易失性RAM（NVRAM）

非易失性RAM――Non-Volatile RAM，缩写为NVRAM，其存储体由SRAM和EEPROM两部分组合而成。正常读写时，SRAM工作；当要保存信息时（如电源掉电），控制电路将SRAM的内容复制到EEPROM中保存。存入EEPROM中的信息又能够恢复到SRAM中。

NVRAM既能随机存取，又具有非易失性，适合用于需要掉电保护的场合。

5.1.2存储器的主要性能指标

1.   存贮容量

不同的存储器芯片，其容量不一样。通常用某一芯片有多少个存贮单元，每个存贮单元存贮若干位来表示。例如，静态RAM6264的容量为8KB´8bit，即它有8K个单元（1K＝1024），每个单元存贮8位（一个字节）数据。

2.   存取时间

存取时间即存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间。在计算机工作时，CPU在读写RAM时，它所提供的读写时间必须比RAM芯片所需要的存取时间长。如果不能满足这一点，微型机则无法正常工作。

3.   可靠性

微型计算机要正确地运行，必然要求存储器系统具有很高的可靠性。内存的任何错误就足以使计算机无法工作。而存储器的可靠性直接与构成它的芯片有关。目前所用的半导体存储器芯片的平均故障间隔时间（MTBF）大概是（5´10⁶∽1´10⁸）小时左右。

4.   功耗

使用功耗低的存储器芯片构成存储器系统，不仅可以减少对电源容量的要求，而且还可以提高存贮系统的可靠性。