RAM 和 ROM

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

什么是 RAM？

RAM 构成 CPU 的内部存储器，用于存储数据、程序和程序结果。它是读/写存储器。它被称为随机存取存储器 (RAM)。

由于 RAM 中的访问时间与单词的地址无关，也就是说，存储器内部的每个存储位置都像其他位置一样易于访问，并且花费相同的时间。我们可以随机且非常快速地访问内存，但它也可能相当昂贵。

RAM 是一种易失性存储器，即当我们关闭计算机或发生电源故障时，其中存储的数据会丢失。因此，计算机通常会使用不间断电源 (UPS) 作为备份。RAM 体积小巧，无论是物理尺寸还是其能够容纳的数据量都比较小。

RAM 类型

RAM 或随机存取存储器分为以下两种类型：

• 静态 RAM (SRAM)
• 动态 RAM (DRAM)

让我们详细讨论这两种类型的 RAM。

静态 RAM (SRAM)

“静态”一词表示只要电源保持接通，存储器就会保留其内容。但是，由于易失性，当电源断电时，数据会丢失。SRAM 芯片使用 6 个晶体管的矩阵，不使用电容器。晶体管不需要功率来防止泄漏，因此 SRAM 不需要定期刷新。

由于矩阵中的额外空间，SRAM 比 DRAM 使用更多的芯片来存储相同数量的存储空间，从而导致制造成本更高。静态 RAM 主要用作高速缓存存储器，需要非常快且容量小。

SRAM 的特性

以下是 SRAM 的一些重要特性：

• 作为一种 RAM，SRAM 也是一种易失性存储器。因此，它需要持续的电源供应来维持其存储的数据。如果电源移除或关闭，SRAM 中存储的数据将被删除。
• SRAM 是一种高速随机存取存储器。SRAM 不需要刷新即可维护其存储的数据。
• SRAM 由称为触发器的半导体组件构成，这些组件存储数据。SRAM 具有较低的存储密度。这主要是由于其复杂的存储单元结构。这也导致更大的物理尺寸。
• SRAM 主要用于需要高速数据访问的数字系统中。例如，它用作 CPU 高速缓存存储器、高速缓冲区和微处理器和微控制器中的寄存器。
• SRAM 相对更昂贵。这主要是由于其较低的存储密度和较高的制造成本。

动态 RAM (DRAM)

与 SRAM 不同，DRAM 必须不断刷新才能保持数据。这是通过将存储器放置在每秒重写数据数百次的刷新电路上来实现的。DRAM 用于大多数系统内存，因为它价格低廉且体积小巧。

所有 DRAM 都由存储单元组成。这些单元由一个电容器和一个晶体管组成。

DRAM 的特性

DRAM（动态随机存取存储器）的重要特性如下：

• 由于 DRAM 也是一种随机存取存储器，因此它也是一种易失性存储器，因此需要持续的电源供应来保留其存储的数据。当电源关闭时，DRAM 中存储的数据会丢失。
• 在 DRAM 中，存储单元由电容器和晶体管组成。其中每个存储单元都可以在电容器中以电荷的形式存储 1 位数据。
• 在 DRAM 中，为了防止由于电容器泄漏导致存储数据丢失，需要一个刷新电路进行周期性刷新循环。这是在 DRAM 中使用“动态”一词的主要原因。
• 对于 DRAM，访问时间通常以纳秒 (ns) 为单位。DRAM 比 SRAM 更便宜。

以上是关于 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类型的存储器设备，称为 ROM。

什么是 ROM？

ROM 代表只读存储器。我们只能读取但不能写入的存储器。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些存储器中。

ROM 存储了在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，还用于其他电子产品，如洗衣机和微波炉。

ROM 类型

以下是只读存储器 (ROM) 的一些重要类型：

• MROM
• PROM
• EPROM
• EEPROM

让我们详细讨论这些不同类型的 ROM 及其重要特性。

MROM（掩膜 ROM）

最早的 ROM 是硬连线设备，包含一组预编程的数据或指令。这些类型的 ROM 称为掩膜 ROM。它是一种廉价的 ROM。

由于它是一种 ROM，因此它也是一种非易失性存储器。MROM 在制造时进行编程，其数据不能在以后的某个时间点修改或更改。

MROM 的特性

以下是 MROM 的一些重要特性：

• MROM 是一种非易失性存储器。因此，即使电源关闭或移除，它也可以保留其数据。
• MROM 主要用于存储永久软件和指令，如固件、引导加载程序代码和其他对系统操作至关重要的系统数据。
• 在 MROM 中，数据和程序在制造过程中写入。一旦编程，存储的数据就无法修改或更改。因此，它是一次性可编程存储器。
• MROM 的另一个重要特性是它是一种只读存储器。因此，它仅支持读取操作。
• MROM 是一种廉价的只读存储器。
• MROM 的主要缺点是其灵活性有限，这意味着一旦编程，存储的数据就无法更改或删除。

PROM（可编程只读存储器）

PROM 是一种只读存储器，用户只能修改一次。用户购买一个空白的 PROM，并使用 PROM 编程器输入所需内容。

在 PROM 芯片内部，有一些小的保险丝，在编程过程中会被烧断。它只能编程一次，并且不可擦除。

PROM 的特性

以下是可编程只读存储器的主要特性：

• 即使电源关闭，PROM 也会保留其存储的数据。
• PROM 是一种可编程存储器，但用户只能编程一次。然后，其存储的数据无法更改、删除或重写。
• 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的保险丝。
• PROM 也是一种只读存储器，因此它只支持读取操作。
• 与 MROM 一样，PROM 也提供了有限的灵活性，因为一旦数据被编程，就不能更改或擦除。

EPROM（可擦除可编程只读存储器）

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 擦除器实现此功能。

在编程期间，电荷被困在绝缘栅区。由于电荷没有泄漏路径，因此电荷可以保持超过十年。为了擦除此电荷，紫外线会通过石英晶体窗口（盖子）。这种暴露在紫外线下会消散电荷。在正常使用期间，石英盖子用贴纸密封。

EPROM 的特性

下面重点介绍了 EPROM 的一些关键特性：

• 即使在没有电源的情况下，EPROM 也可以为数据提供永久存储。
• EPROM 是一种电可编程存储器。因此，可以通过将其写入电路应用特定的电压电平来对其进行编程。
• EPROM 可以通过将其暴露在紫外线下约 20 到 30 分钟来多次擦除。然后，可以再次对其进行编程。
• EPROM 芯片顶部有一个石英窗口。这是为了穿透紫外线以擦除存储的数据。
• EPROM 提供高存储密度。因此，它可以在相对较小的物理空间中存储大量数据。
• EPROM 的写入速度较慢，这可能会影响系统的整体性能。

EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）

EEPROM 通过电气方式进行编程和擦除。它可以擦除和重新编程大约一万次。擦除和编程都需要大约 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。EEPROM 可以一次擦除一个字节，而不是擦除整个芯片。因此，重新编程的过程灵活但缓慢。

EEPROM 的特性

下面重点介绍了电可擦除可编程只读存储器的主要特性：

• 作为一种 ROM，EEPROM 永久存储数据。
• EEPROM 可以通过电气方式擦除和重新编程，不需要任何特殊设备或紫外线来擦除存储的数据。
• EEPROM 可以多次擦除和重新编程。
• EEPROM 还提供随机数据访问功能。此功能允许高效快速地进行数据操作和管理。
• EEPROM 的功耗非常低。因此，它更适合用于电池供电的设备，在这些设备中，能源效率非常重要。
• EEPROM 是一种经济高效的只读存储器设备，旨在用于现代数字系统。

结论

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性。