存储器

---

---

存储器是计算机或任何其他数字系统中重要的组成部分之一。它用于保存处理和执行任务所需的数据和程序。

存储器还会影响数字系统的性能、效率和速度。如今，半导体存储器很流行，因为它们提供非常高速的操作、大存储容量和紧凑的尺寸。

在这里，我们将解释与半导体存储器设备相关的基础到高级概念。

什么是存储器？

在数字电子领域，存储器是一种用于在数字系统（如计算机和其他基于微处理器的系统）中存储数据和指令的设备。在现代数字系统中，存储器由半导体材料制成，称为**半导体存储器**。

存储器是计算机或任何其他数字系统中提供存储空间的设备，用于处理数据和存储处理所需的指令。

存储器被分成许多小的部分。每个部分称为存储单元。每个存储单元或位置都有一个唯一的地址分配给它，该地址从零到总内存大小减一。

例如，如果一台计算机具有64 kB的内存大小，则此内存单元具有64 × 1024 = 65536个内存位置或单元。因此，这些位置的地址范围为0到65535。

存储器的分类

存储器主要分为两种类型：内部存储器和外部存储器。

内部存储器

内部存储器也称为**主存储器**，因为它直接连接到数字系统的硬件架构。它通常以IC的形式安装在系统的母板上。

内部存储器的例子包括高速缓存、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）等。

外部存储器

外部存储器也称为**辅助存储器**。此存储器未直接连接到系统的硬件架构，而是作为外围设备通过电缆连接。

外部存储器主要用于提供额外的存储空间来永久存储数据和指令。外部存储器的例子包括CD、DVD、HDD、SSD、USB驱动器等。

存储器层次结构

存储器层次结构定义为根据其特性（主要是速度和容量）在数字系统中使用的不同类型存储设备的排列。存储器层次结构帮助我们选择适合在特定级别系统中使用的存储器。

下图显示了不同存储设备的典型存储器层次结构：

当我们从上到下查看时，此存储器层次结构的一些关键特征：

• 存储容量增加。
• 每位存储成本降低。
• CPU访问存储器的频率降低。
• CPU访问时间增加。

存储器的功能框图

存储器基本上是一组多个存储单元，具有支持电路来执行数据读/写操作。下图描述了典型存储设备的功能框图：

它包含以下主要部分：

地址线

这些线路用于加载特定存储位置或单元的地址。

数据线

这些线路用于从存储单元读取和写入数据。

读写信号（R/W’）

此信号用于从存储单元读取和写入数据。当R信号为高电平时，所选单元的数据将加载到数据线上。当W’线变低时，数据线上的数据将加载到所选存储单元中。

片选信号（CS’）

此信号用于启用或禁用存储器芯片。这是一个低电平有效的信号，这意味着当此信号变低时，存储器芯片被启用并允许执行读写操作。否则，存储器芯片将被禁用。

与存储器操作相关的术语

以下是与存储器的读写操作相关的几个重要术语和定义：

• **写入周期时间** - 写入周期时间定义为有效单元地址可用于单元数据写入操作的最小时间量。通常，它约为200 ns。
• **写入脉冲时间** - 写入脉冲的最小持续时间称为写入脉冲时间，它约为120 ns。
• 写入释放时间 − 写入脉冲结束后，内存地址保持有效的最小时间称为写入释放时间。
• 数据建立时间 − 数据在写入脉冲结束前保持有效的最小时间称为数据建立时间。通常约为 120 ns。
• 数据保持时间 − 数据在写入脉冲结束后保持有效的最小时间称为数据保持时间。
• 读取周期时间 − 从存储单元读取数据时，有效的内存地址保持可用的最小时间称为读取周期时间。通常约为 200 ns。
• 访问时间 − 访问存储单元中数据所需的时间称为内存的访问时间。也通常约为 200 ns。
• 读取到输出激活时间 − 读取脉冲开始后启用输出缓冲器所需的最小时间称为读取到输出激活时间。通常约为 20 ns。
• 读取到输出有效时间 − 读取脉冲开始到数据输出线上出现有效数据之间的最大延迟时间称为“读取到输出有效时间”。

这些是理解存储器设备读写操作所需的一些关键术语。

存储器设备的特性

在本节中，我们将重点研究存储器设备的一些关键特性及其定义和重要性 −

存储容量

此参数表示设备的总内存。通常以它可以存储的字节数表示。例如，1k × 8 位的内存可以存储 1024 × 8 = 8192 字节的数字数据。

数据传输单元

在单个读写周期中可以读取或写入的位数称为数据传输单元。通常，数据传输单元等于处理器的字长或数据总线大小。

访问模式

它指的是可以读取或写入内存数据的方式。数字存储器设备中使用以下三种模式 −

顺序访问

在这种模式下，数据以预定义的顺序方式从内存中读取或写入。换句话说，要访问第二个文件，我们首先访问第一个文件；要访问第三个文件，首先访问第一个和第二个文件，依此类推。

随机访问

在这种模式下，我们可以以任何顺序直接访问任何内存位置。

直接访问

此模式是顺序访问模式和随机访问模式的组合。它也称为半随机访问模式。

数据传输速率

它定义为一秒钟内读取或写入的数据量。通常以每秒位数测量。数据传输速率称为内存带宽。

存储器设备类型

此处列出并解释了计算机和数字系统中使用的一些重要的存储器设备分类。

基于数据存储性质的存储器分类 −

• 易失性存储器
• 非易失性存储器

基于访问模式的存储器分类 −

• 顺序访问存储器
• 随机访问存储器

现在，让我们详细讨论所有这些类型的存储器及其子类型和特性。

易失性存储器

需要持续供电才能保持存储数据的存储器类型称为易失性存储器。如果存储器的电源关闭，则其中存储的数据将丢失。因此，它也称为临时存储器。

易失性存储器的特性

当向易失性存储器供电关闭时，它会丢失存储的数据。易失性存储器具有快速的运行速度；因此，它可以在很短的时间内读取和写入数据。

易失性存储器用于存储需要访问和执行操作的数据。RAM（随机存取存储器）是易失性存储器的示例。

非易失性存储器

即使没有电源，也可以保留存储数据的存储器类型称为非易失性存储器。它也称为永久存储器，用于长期存储数字数据。

非易失性存储器的特性

非易失性存储器永久存储数据。即使电源关闭，它也可以保留存储的数据。

非易失性存储器比易失性存储器慢。因此，这种存储器的读写周期更长。

非易失性存储器的示例包括 ROM（只读存储器）、磁带、光盘、磁盘、U 盘等。

顺序访问存储器

一种以预定义的顺序方式访问存储的数据和信息的存储器类型称为顺序访问存储器。

有时，它也称为串行访问存储器，因为存储的数据按顺序检索。

在顺序访问存储器中，系统必须从存储设备的开头搜索到找到所需的数据块。换句话说，为了检索所需的数据，系统必须访问所有内存地址，直到到达所需的数据。

顺序访问存储器的特性

在顺序访问存储器中，数据检索过程以顺序方式执行。系统从内存的开头开始，依次遍历所有内存地址，直到获得所需的数据。

顺序访问存储器的访问速度较慢，读写时间较长。磁带是顺序访问存储器的示例。

随机访问存储器

随机存取存储器，也称为直接存取存储器，是一种可以直接访问所需数据而无需遍历前面数据的存储器类型。因此，这种存储器允许以任何顺序访问任何数据。

换句话说，直接访问存储器或随机访问存储器能够在同一时间读取或写入任何内存位置的数据。因此，所有存储单元的访问时间相同，并且不取决于单元在存储器阵列中的物理位置。

随机访问存储器的特性

随机访问存储器允许以任何随机顺序访问数据。它提供高速数据访问，即快速读写操作。

随机访问存储器的所有存储位置都可被数字系统的处理单元直接访问。

随机访问存储器的示例包括 RAM、ROM、硬盘、光盘和其他半导体存储器等。

结论

总之，存储器设备是计算机等数字系统中用于存储数据和信息的重要组件。

不同类型的存储器设备用于不同的用途。例如，RAM 等易失性存储器用于保存临时数据，这些数据在进程完成之前都需要。

另一方面，非易失性存储器用于永久保存数据更长时间。例如，硬盘用于存储计算机系统中的用户数据。