以存储器

1. 什么是存储器什么是内存什么是外存存储器的容量以什么为单位

在计算机中用于存放供CPU执行的指令，计算或处理的原始数据、中间结果、最终答案的部件称为存储器。用来存放可供CPU直接调用的指令或数据的存储器称为内部存储器，简称内存。计算机的内存一般由RAM和ROM组成，通过电路与CPU相连，CPU可向其中存入数据，也可以从中取得数据，存取数据速度与CPU速度相匹配。外存储器简称外存，主要有磁带、磁盘、光盘等。用于长期保存数据或程序，并能随时恢复或应用。其特点是容量大且断电后数据不丢失，但存储速度较慢。存储器的容量以字节为单位。

2. 存储器的原理是什么

存储器讲述工作原理及作用

介绍

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。其概念很广，有很多层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器;在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等;在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。计算机中的存储器按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存),也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

2.按存取方式分类

(1)随机存储器(RAM)：如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关，则这种存储器称为随机存储器(RAM)。RAM主要用来存放各种输入/输出的程序、数据、中间运算结果以及存放与外界交换的信息和做堆栈用。随机存储器主要充当高速缓冲存储器和主存储器。

(2)串行访问存储器(SAS)：如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说，存取时间与存储单元的物理位置有关，则这种存储器称为串行访问存储器。串行存储器又可分为顺序存取存储器(SAM)和直接存取存储器(DAM)。顺序存取存储器是完全的串行访问存储器，如磁带，信息以顺序的方式从存储介质的始端开始写入(或读出);直接存取存储器是部分串行访问存储器，如磁盘存储器，它介于顺序存取和随机存取之间。

(3)只读存储器(ROM)：只读存储器是一种对其内容只能读不能写入的存储器，即预先一次写入的存储器。通常用来存放固定不变的信息。如经常用作微程序控制存储器。目前已有可重写的只读存储器。常见的有掩模ROM(MROM)，可擦除可编程ROM(EPROM)，电可擦除可编程ROM(EEPROM).ROM的电路比RAM的简单、集成度高，成本低，且是一种非易失性存储器，计算机常把一些管理、监控程序、成熟的用户程序放在ROM中。

3.按信息的可保存性分类

非永久记忆的存储器：断电后信息就消失的存储器，如半导体读/写存储器RAM。

永久性记忆的存储器：断电后仍能保存信息的存储器，如磁性材料做成的存储器以及半导体ROM。

4.按在计算机系统中的作用分

根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。

能力影响

从写命令转换到读命令，在某个时间访问某个地址，以及刷新数据等操作都要求数据总线在一定时间内保持休止状态，这样就不能充分利用存储器通道。此外，宽并行总线和DRAM内核预取都经常导致不必要的大数据量存取。在指定的时间段内，存储器控制器能存取的有用数据称为有效数据速率，这很大程度上取决于系统的特定应用。有效数据速率随着时间而变化，常低于峰值数据速率。在某些系统中，有效数据速率可下降到峰值速率的10%以下。

通常，这些系统受益于那些能产生更高有效数据速率的存储器技术的变化。在CPU方面存在类似的现象，最近几年诸如AMD和 TRANSMETA等公司已经指出，在测量基于CPU的系统的性能时，时钟频率不是唯一的要素。存储器技术已经很成熟，峰值速率和有效数据速率或许并不比以前匹配的更好。尽管峰值速率依然是存储器技术最重要的参数之一，但其他结构参数也可以极大地影响存储器系统的性能。

影响有效数据速率的参数

有几类影响有效数据速率的参数，其一是导致数据总线进入若干周期的停止状态。在这类参数中，总线转换、行周期时间、CAS延时以及RAS到CAS的延时(tRCD)引发系统结构中的大部分延迟问题。

总线转换本身会在数据通道上产生非常长的停止时间。以GDDR3系统为例，该系统对存储器的开放页不断写入数据。在这期间，存储器系统的有效数据速率与其峰值速率相当。不过，假设100个时钟周期中，存储器控制器从读转换到写。由于这个转换需要6个时钟周期，有效的数据速率下降到峰值速率的 94%。在这100个时钟周期中，如果存储器控制器将总线从写转换到读的话，将会丢失更多的时钟周期。这种存储器技术在从写转换到读时需要15个空闲周期，这会将有效数据速率进一步降低到峰值速率的79%。表1显示出针几种高性能存储器技术类似的计算结果。

显然，所有的存储器技术并不相同。需要很多总线转换的系统设计师可以选用诸如XDR、RDRAM或者DDR2这些更高效的技术来提升性能。另一方面，如果系统能将处理事务分组成非常长的读写序列，那么总线转换对有效带宽的影响最小。不过，其他的增加延迟现象，例如库(bank)冲突会降低有效带宽，对性能产生负面影响。

DRAM技术要求库的页或行在存取之前开放。一旦开放，在一个最小周期时间，即行周期时间(tRC)结束之前，同一个库中的不同页不能开放。对存储器开放库的不同页存取被称为分页遗漏，这会导致与任何tRC间隔未满足部分相关的延迟。对于还没有开放足够周期以满足tRC间隙的库而言，分页遗漏被称为库冲突。而tRC决定了库冲突延迟时间的长短，在给定的DRAM上可用的库数量直接影响库冲突产生的频率。

大多数存储器技术有4个或者8个库，在数十个时钟周期具有tRC值。在随机负载情况下，那些具有8个库的内核比具有4个库的内核所发生的库冲突更少。尽管tRC与库数量之间的相互影响很复杂，但是其累计影响可用多种方法量化。

存储器读事务处理

考虑三种简单的存储器读事务处理情况。第一种情况，存储器控制器发出每个事务处理，该事务处理与前一个事务处理产生一个库冲突。控制器必须在打开一个页和打开后续页之间等待一个tRC时间，这样增加了与页循环相关的最大延迟时间。在这种情况下的有效数据速率很大程度上决定于I/O，并主要受限于DRAM内核电路。最大的库冲突频率将有效带宽削减到当前最高端存储器技术峰值的20%到30%。

在第二种情况下，每个事务处理都以随机产生的地址为目标。此时，产生库冲突的机会取决于很多因素，包括tRC和存储器内核中库数量之间的相互作用。tRC值越小，开放页循环地越快，导致库冲突的损失越小。此外，存储器技术具有的库越多，随机地址存取库冲突的机率就越小。

第三种情况，每个事务处理就是一次页命中，在开放页中寻址不同的列地址。控制器不必访问关闭页，允许完全利用总线，这样就得到一种理想的情况，即有效数据速率等于峰值速率。

第一种和第三种情况都涉及到简单的计算，随机情况受其他的特性影响，这些特性没有包括在DRAM或者存储器接口中。存储器控制器仲裁和排队会极大地改善库冲突频率，因为更有可能出现不产生冲突的事务处理，而不是那些导致库冲突的事务处理。

然而，增加存储器队列深度未必增加不同存储器技术之间的相对有效数据速率。例如，即使增加存储器控制队列深度，XDR的有效数据速率也比 GDDR3高20%。存在这种增量主要是因为XDR具有更高的库数量以及更低的tRC值。一般而言，更短的tRC间隔、更多的库数量以及更大的控制器队列能产生更高的有效带宽。

实际上，很多效率限制现象是与行存取粒度相关的问题。tRC约束本质上要求存储器控制器从新开放的行中存取一定量的数据，以确保数据管线保持充满。事实上，为保持数据总线无中断地运行，在开放一个行之后，只须读取很少量的数据，即使不需要额外的数据。

另外一种减少存储器系统有效带宽的主要特性被归类到列存取粒度范畴，它规定了每次读写操作必须传输的数据量。与之相反，行存取粒度规定每个行激活(一般指每个RAS的CAS操作)需要多少单独的读写操作。列存取粒度对有效数据速率具有不易于量化的巨大影响。因为它规定一个读或写操作中需要传输的最小数据量，列存取粒度给那些一次只需要很少数据量的系统带来了问题。例如，一个需要来自两列各8字节的16字节存取粒度系统，必须读取总共32字节以存取两个位置。因为只需要32个字节中的16个字节，系统的有效数据速率降低到峰值速率的50%。总线带宽和脉冲时间长度这两个结构参数规定了存储器系统的存取粒度。

总线带宽是指连接存储器控制器和存储器件之间的数据线数量。它设定最小的存取粒度，因为对于一个指定的存储器事务处理，每条数据线必须至少传递一个数据位。而脉冲时间长度则规定对于指定的事务处理，每条数据线必须传递的位数量。每个事务处理中的每条数据线只传一个数据位的存储技术，其脉冲时间长度为1。总的列存取粒度很简单：列存取粒度=总线宽度×脉冲时间长度。

很多系统架构仅仅通过增加DRAM器件和存储总线带宽就能增加存储系统的可用带宽。毕竟，如果4个400MHz数据速率的连接可实现 1.6GHz的总峰值带宽，那么8个连接将得到3.2GHz。增加一个DRAM器件，电路板上的连线以及ASIC的管脚就会增多，总峰值带宽相应地倍增。

首要的是，架构师希望完全利用峰值带宽，这已经达到他们通过物理设计存储器总线所能达到的最大值。具有256位甚或512位存储总线的图形控制器已并不鲜见，这种控制器需要1,000个，甚至更多的管脚。封装设计师、ASIC底层规划工程师以及电路板设计工程师不能找到采用便宜的、商业上可行的方法来对这么多信号进行布线的硅片区域。仅仅增加总线宽度来获得更高的峰值数据速率，会导致因为列存取粒度限制而降低有效带宽。

假设某个特定存储技术的脉冲时间长度等于1，对于一个存储器处理，512位宽系统的存取粒度为512位(或者64字节)。如果控制器只需要一小段数据，那么剩下的数据就被浪费掉，这就降低了系统的有效数据速率。例如，只需要存储系统32字节数据的控制器将浪费剩余的32字节，进而导致有效的数据速率等于50%的峰值速率。这些计算都假定脉冲时间长度为1。随着存储器接口数据速率增加的趋势，大多数新技术的最低脉冲时间长度都大于1。

选择技巧

存储器的类型将决定整个嵌入式系统的操作和性能，因此存储器的选择是一个非常重要的决策。无论系统是采用电池供电还是由市电供电，应用需求将决定存储器的类型(易失性或非易失性)以及使用目的(存储代码、数据或者两者兼有)。另外，在选择过程中，存储器的尺寸和成本也是需要考虑的重要因素。对于较小的系统，微控制器自带的存储器就有可能满足系统要求，而较大的系统可能要求增加外部存储器。为嵌入式系统选择存储器类型时，需要考虑一些设计参数，包括微控制器的选择、电压范围、电池寿命、读写速度、存储器尺寸、存储器的特性、擦除/写入的耐久性以及系统总成本。

选择存储器时应遵循的基本原则

1、内部存储器与外部存储器

一般情况下，当确定了存储程序代码和数据所需要的存储空间之后，设计工程师将决定是采用内部存储器还是外部存储器。通常情况下，内部存储器的性价比最高但灵活性最低，因此设计工程师必须确定对存储的需求将来是否会增长，以及是否有某种途径可以升级到代码空间更大的微控制器。基于成本考虑，人们通常选择能满足应用要求的存储器容量最小的微控制器，因此在预测代码规模的时候要必须特别小心，因为代码规模增大可能要求更换微控制器。目前市场上存在各种规模的外部存储器器件，我们很容易通过增加存储器来适应代码规模的增加。有时这意味着以封装尺寸相同但容量更大的存储器替代现有的存储器，或者在总线上增加存储器。即使微控制器带有内部存储器，也可以通过增加外部串行EEPROM或闪存来满足系统对非易失性存储器的需求。

2、引导存储器

在较大的微控制器系统或基于处理器的系统中，设计工程师可以利用引导代码进行初始化。应用本身通常决定了是否需要引导代码，以及是否需要专门的引导存储器。例如，如果没有外部的寻址总线或串行引导接口，通常使用内部存储器，而不需要专门的引导器件。但在一些没有内部程序存储器的系统中，初始化是操作代码的一部分，因此所有代码都将驻留在同一个外部程序存储器中。某些微控制器既有内部存储器也有外部寻址总线，在这种情况下，引导代码将驻留在内部存储器中，而操作代码在外部存储器中。这很可能是最安全的方法，因为改变操作代码时不会出现意外地修改引导代码。在所有情况下，引导存储器都必须是非易失性存储器。

可以使用任何类型的存储器来满足嵌入式系统的要求，但终端应用和总成本要求通常是影响我们做出决策的主要因素。有时，把几个类型的存储器结合起来使用能更好地满足应用系统的要求。例如，一些PDA设计同时使用易失性存储器和非易失性存储器作为程序存储器和数据存储器。把永久的程序保存在非易失性ROM中，而把由用户下载的程序和数据存储在有电池支持的易失性DRAM中。不管选择哪种存储器类型，在确定将被用于最终应用系统的存储器之前，设计工程师必须仔细折中考虑各种设计因素。

3. 第三代计算机以_____为主存储器

第三代计算机以__存储器__为主存储器。

分析：第3代计算机采用(半导体存储器)作为主存储器。
半导体存储器是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器，内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。

4. 存储器的工作原理 [RAM,ROM,EEPROM存储器工作原理]

一．基本工作原理 基本工作原理

1、存储器构造 、 存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存 放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的 1234 这样的数字，这样，我们的一 个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。

图1

图2 让我们看图 1。这是一个存储器的示意图：一个存储器就像一个个的小抽屉，一个小抽 屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来 或释放掉， 至于电荷在小格子里是怎样存的， 就不用我们操心了， 你可以把电线想象成水管， 小格子里的电荷就像是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方， 我们称之为一个“单元” 。 有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据 12，也就是

00001100， 我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷， 而其它小格子里的电荷给放掉就 行了（看图 2） 。可是问题出来了，看图 1，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电 荷的时候， 会将电荷放入所有的单元中， 而释放电荷的时候， 会把每个单元中的电荷都放掉， 这样的话， 不管存储器有多少个单元， 都只能放同一个数， 这当然不是我们所希望的， 因此， 要在结构上稍作变化，看图 1，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就 给一个信号这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而 其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的 控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果要某个单元中取数据，也只要打开 相应的控制开关就行了。 2、存储器译码 、 那么， 我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单， 把每个单元的控制线都引 到集成电路的外面不就行了吗？事情可没那么简单，一片 27512 存储器中有 65536 个单元， 把每根线都引出来， 这个集成电路就得有 6 万多个脚？不行， 怎么办？要想法减少线的数量。 我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表 2 种状态，2 根线可以代表 4 种状态，3 根线可以代表几种，256 种状态又需要几根线代表？8 种，8 根线，所以 65536 种状态我们只需要 16 根线就可以代表了。 3、存储器的选片及总线的概念 、 至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用 从什么地方来的呢？它就是从计算机上接过来的， 一般地， 这八根线除了接一个存储器之外， 还要接其它的器件

。这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如 果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比如这个存储器单元中的数值是 0FFH 另一 个存储器的单元是 00H，那么这根线到底是处于高电平，基闭还是低电平？岂非要打架看谁历害 了？所以我们要让它们分离。办法当然很简单，当外面的线接到集成电路的引脚进来后，不 直接接到各单元去，中间再加一组开关就行了。平时我们让开关打开着，如果确实是要向这 个存储器中写入数据，或要从存储器中慧锋念读出数据，再让开关接通就行了。这组开关由三根引 线选择：读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片， 然后发出写信号， 开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读 信号，开关合上，数据就被送出去了。读前困和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片 选端不同， 所以虽有读或写信号，但没有片选信号， 所以另一个存储器不会“误会” 而开门， 造成冲突。 那么会不同时选中两片芯片呢？只要是设计好的系统就不会， 因为它是由计算控

制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故 障了，这不在我们的讨论之列。 从上面的介绍中我们已经看到，用来传递数据的八根线并不是专用的，而是很多器件 大家共用的，所以我们称之为数据总线，总线英文名为 BUS，总即公交车道，谁者可以走。 而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。

二．存储器的种类及原理： 存储器的种类及原理： 及原理 1.RAM / ROM 存储器 1.

ROM 和 RAM 指的都是半导体存储器，ROM 是 Read Only Memory 的缩写，RAM 是 Random Access Memory 的缩写。ROM 在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而 RAM 通常都是在 掉电之后就丢失数据，典型的 RAM 就是计算机的内存。

2. RAM

随机存取存储器（RAM）是计算机存储器中最为人熟知的一种。之所以 RAM 被称为“随机 存储”，是因为您可以直接访问任一个存储单元，只要您知道该单元所在记忆行和记忆列的 地址即可。 RAM 有两大类： 1) 静态 RAM（Static RAM / SRAM），SRAM 速度非常快，是目前读写最快的存储设 备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如 CPU 的一级缓冲，二级 缓冲。 2) 动态 RAM （Dynamic RAM / DRAM） DRAM 保留数据的时间很短， ， 速度也比 SRAM 慢，不过它还是比任何的 ROM 都要快，但从价格上来说 DRAM 相比 SRAM 要便宜很多， 计算机内存就是 DRAM 的。 类似于微处理器， 存储器芯片也是一种由数以百万计的晶体管和电容器

构成的集成电路 （IC）。计算机存储器中最为常见的一种是动态随机存取存储器（DRAM），在 DRAM 中晶体 管和电容器合在一起就构成一个存储单元，代表一个数据位元。电容器保存信息位——0 或 1（有关位的信息，请参见位和字节）。晶体管起到了开关的作用，它能让内存芯片上的控 制线路读取电容上的数据，或改变其状态。 电容器就像一个能够储存电子的小桶。要在存储单元中写入 1，小桶内就充满电子。要 写入 0，小桶就被清空。电容器桶的问题在于它会泄漏。只需大约几毫秒的时间，一个充满 电子的小桶就会漏得一干二净。因此，为了确保动态存储器能正常工作，必须由 CPU 或是由 内存控制器对所有电容不断地进行充电，使它们在电子流失殆尽之前能保持 1 值。为此，内

存控制器会先行读取存储器中的数据， 然后再把数据写回去。 这种刷新操作每秒钟要自动进 行数千次如（图 3 所示）

图 3 动态 RAM 存储单元中的电容器就像是一个漏水的小桶。

它需要定时刷新，否则电子泄漏会使它变为 0 值。

动态 RAM 正是得名于这种刷新操作。 动态 RAM 需要不间断地进行刷新， 否则就会丢失它 所保存的数据。这一刷新动作的缺点就是费时，并且会降低内存速度。

存储单元由硅晶片蚀刻而成，位于由记忆列（位线） 和记忆行（字线） 组成的阵列之中。 位线和字线相交，就形成了存储单元的地址。

图 4 将位元排列在二维栅格中，就构成了内存。 在上图中，红色的存储单元代表 1 值，而白色的存储单元代表 0 值。 在演示动画片中，先选出一个记忆列，然后对记忆行进行充电以将数据写入指定的记忆列中。

DRAM 工作时会向选定的记忆列（CAS）发送电荷，以激活该记忆列上每个位元处的晶体 管。写入数据时，记忆行线路会使电容保持应有状态。读取数据时，由灵敏放大器测定电容 器中的电量水平。如果电量水平大于 50%，就读取 1 值；否则读取 0 值。计数器会跟踪刷新 序列，即记录下哪些行被访问过，以及访问的次序。完成全部工作所需的时间极短，需要以 纳秒（十亿分之一秒）计算。存储器芯片被列为 70 纳秒级的意思是，该芯片读取单个存储 单元并完成再充电总共需要 70 纳秒。 如果没有读写信息的策略作为支持， 存储单元本身是毫无价值的。 所以存储单元拥有一 整套由其他类型的专用电路构成的底层设施。这些电路具有下列功能： 判别记忆行和记忆列的地址（行选址和列选址） 记录刷新序列（计数器） 从存储单元中读取、恢复数据（灵敏放大器） 告知存储单元是否接受电荷（写保护） 内存控制器要执行其他一些任务， 包

括识别存储器的类型、 速度和容量， 以及检错等等。

静态 RAM 使用了截然不同的技术。 静态 RAM 使用某种触发器来储存每一位内存信息 （有 关触发器的详细信息，请查见布尔逻辑的应用） 。存储单元使用的触发器是由引线将 4-6 个 晶体管连接而成， 但无须刷新。 这使得静态 RAM 要比动态 RAM 快得多。 但由于构造比较复杂， 静态 RAM 单元要比动态 RAM 占据更多的芯片空间。 所以单个静态 RAM 芯片的存储量会小一些， 这也使得静态 RAM 的价格要贵得多。静态 RAM 速度快但价格贵，动态 RAM 要便宜一些，但速 度更慢。因此，静态 RAM 常用来组成 CPU 中的高速缓存，而动态 RAM 能组成容量更大的系统 内存空间。

3. ROM

ROM 也分为很多种： 1) 掩膜式 ROM 芯片生产厂家在制造芯片过程中把程序一并做在芯片内部,这就是二次光刻版图形(掩 膜)。存储阵列中的基本存储单元仅由一只 MOS 管构成，或缺省，凡有 MOS 管处表示存储 0， 反之为 1. 工厂在生产时,根据客户提供的内容,决定是否布下只 MOS 管. 用户在生产好后,

是不能改写的( 难道撬开芯片,加个 MOS 管上去?) 由于集成电路生产的特点， 要求一个批次的掩膜 ROM 必须达到一定的数量 （若十个晶圆） 才能生产，否则将极不经济。掩膜 ROM 既可用双极性工艺实现，也可以用 CMOS 工艺实现。 掩膜 ROM 的电路简单，集成度高，大批量生产时价格便宜。 2) 一次性可编程 ROM（PROM= ROM（PROM=Programmable ROM） ） 允许一次编程 存储阵列除了三极管之外，还有熔点较低的连线（熔断丝）串接在每只存储三极管的某 一电极上，例如发射极. 编程之前，存储信息全为 0，或全为 1，编程写入时，外加比工作 电压高的编程电压，根据需要使某些存储三极管通电，由于此时电流比正常工作电流大，于 是熔断丝熔断开路，一旦开路之后就无法恢复连通状态，所以只能编程一次。如果把开路的 三极管存储的信息当作 0，反之，存储的信息就为 1 3) 紫外线擦除可编程 ROM（EPROM= 紫外线擦除可编程 ROM（EPROM=Erasable PROM） ） 用紫外线擦除后编程,并可多次擦除多次编程 FAMOS 管与 MOS 管结构相似，它是在 N 型半导体基片上生长出两个高浓度的 P 型区，通 过欧姆接触分别引出漏极 D 和源极 S，在漏源之间的 SiO2 绝缘层中，包围了一多晶硅材料， 与四周无直接电气连接，称之为浮置栅极，在对其编程时，在漏源之间加上编程电压（高于 工作电压）时，会产生雪崩击穿现象，获得能量的电子会穿过 SiO2 注入到多晶硅中，编程 结束后， 在漏源之间相对感应出的正电荷导电沟道将会保持下来， 如果将漏源之间感应出正 电荷导电沟道的 MOS 管表示存

入 0，反之，浮置栅不带负电，即漏源之间无正电荷导电沟道 的 MOS 管表示存入 1 状态 在 EPROM 芯片的上方， 有一圆形石英窗， 从而允许紫外线穿过透明的圆形石英窗而照射 到半导体芯片上，将它放在紫外线光源下一般照射 10 分钟左右，EPROM 中的内容就被抹掉， 即所有浮置栅 MOS 管的漏源处于断开状态，然后，才能对它进行编程输入 出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息 1, 编程就是将某些单元写入信息 0 EPROM 是采用浮栅技术生产的可编程存储器，它的存储单元多采用 N 沟道叠栅 MOS 管 （SIMOS） ，其结构及符号如图 12.2.1(a)所示。除控制栅外，还有一个无外引线的栅极，称 为浮栅。当浮栅上无电荷时，给控制栅（接在行选择线上）加上控制电压，MOS 管导通； 而当浮栅上带有负电荷时，则衬底表面感应的是正电荷，使得 MOS 管的开启电压变高，如 图 12.1.3(b)所示，如果给控制栅加上同样的控制电压，MOS 管仍处于截止状态。由此可见， SIMOS 管可以利用浮栅是否积累有负电荷来存储二值数据。

（a） 叠栅 MOS 管的结构及符号图

（b） 叠栅 MOS 管浮栅上积累电子与开启电压的关系

图 6 叠栅 MOS 管

在写入数据前，浮栅是不带电的，要使浮栅带负电荷，必须在 SIMOS 管的漏、栅极 加上足够高的电压（如 25V） ，使漏极及衬底之间的 PN 结反向击穿，产生大量的高能电子。 这些电子穿过很薄的氧化绝缘层堆积在浮栅上， 从而使浮栅带有负电荷。 当移去外加电压后, 浮栅上的电子没有放电回路，能够长期保存。当用紫外线或 X 射线照射时，浮栅上的电子形 成光电流而泄放， 从而恢复写入前的状态。 照射一般需要 15 至 20 分钟。 为了便于照射擦除， 芯片的封装外壳装有透明的石英盖板。EPROM 的擦除为一次全部擦除，数据写入需要通用或 专用的编程器。 ROM（ EPROM） 4) 电擦除可编程 ROM（EEPROM = Electrically EPROM） 加电擦除,也可以多次擦除, 可以按字节编程。 在 EPROM 基本存储单元电路的浮置栅 MOS 管 T1 上面再生成一个浮置栅 MOS 管 T2， T2 将 浮置栅引出一个电极，使该电极接某一电压 VG2，若 VG2 为正电压，T1 浮置栅极与漏极之间 产生一个隧道效应，使电子注入 T1 浮置栅极，于是 T1 的漏源接通，便实现了对该位的写入 编程。 用加电方法，进行在线（无需拔下，直接在电路中）擦写（擦除和编程一次完成）有字

节擦写、 块擦写和整片擦写方法， 按字节为单位进行擦除和写入， 擦除和写入是同一种操作， 即都是写入，只不过擦除是固定写“1”而已，在擦除时，输入的数据是 TTL 高电平。 EEPROM 在进行字节改写之前自动对所要写入的字节单元进行

擦除， 只需要像写普通 CPU RAM 一样写其中某一字节， 但一定要等到 5ms 之后， CPU 才能接着对 EEPROM 进行下一次写入 操作，因而，以字节为单元写入是常用的一种简便方式。 写入操作时，首先把待写入数据写入到页缓冲器中，然后，在内部定时电路的控制下把 页缓冲器中的所有数据写入到 EEPROM 中所指定的存储单元，显然，相对字节写入方式，第 二种方式的效率高，写入速度快。 EEPROM 也是采用浮栅技术生产的可编程存储器，构成存储单元的 MOS 管的结构如图 12.2.2 所示。它与叠栅 MOS 管的不同之处在于浮栅延长区与漏区之间的交叠处有一个厚度 约为 80 埃的薄绝缘层，当漏极接地，控制栅加上足够高的电压时，交叠区将产生一个很强 的电场， 在强电场的作用下， 电子通过绝缘层到达浮栅， 使浮栅带负电荷。 这一现象称为“隧 道效应”，因此，该 MOS 管也称为隧道 MOS 管。相反，当控制栅接地漏极加一正电压，则产 生与上述相反的过程，即浮栅放电。与 SIMOS 管相比，隧道 MOS 管也是利用浮栅是否积累 有负电荷来存储二值数据的， 不同的是隧道 MOS 管是利用电擦除的， 并且擦除的速度要快得 多。 EEPROM 电擦除的过程就是改写过程，它是以字为单位进行的。EEPROM 具有 ROM 的非易 失性， 又具备类似 RAM 的功能， 可以随时改写 （可重复擦写 1 万次以上） 目前， 。 大多数 EEPROM 芯片内部都备有升压电路。因此，只需提供单电源供电，便可进行读、擦除/写操作，为数 字系统的设计和在线调试提供了极大的方便。

图 7 隧道 MOS 管剖面结构示意图

图 8 快闪存储器存储单元 MOS 管剖面结构示意图

5) Flash 闪存 快速擦写,但只能按块编程 快闪存储器存储单元的 MOS 管结构与 SIMOS 管类似， 如图 12.2.3 所示。 但有两点不同， 一是快闪存储器存储单元 MOS 管的源极 N+区大于漏极 N+区， SIMOS 管的源极 N+区和漏极 而 N＋区是对称的；二是浮栅到 P 型衬底间的氧化绝缘层比 SIMOS 管的更薄。这样，可以通过 在源极上加一正电压，使浮栅放电，从而擦除写入的数据。由于快闪存储器中存储单元 MOS 管的源极是连接在一起的，所以不能象 E2PROM 那样按字擦除，而是类似 EPROM 那样整片擦 除或分块擦除。整片擦除只需要几秒钟，不像 EPROM 那样需要照射 15 到 20 分钟。快闪存储 器中数据的擦除和写入是分开进行的， 数据写入方式与 EPROM 相同， 需输入一个较高的电压， 因此要为芯片提供两组电源。一个字的写入时间约为 200 微秒，一般可以擦除/写入 100 次 以上。 新型的 FLASH，例如 320C3B 等，在常规存储区域后面还有 128Bit 的特殊加密，其中前 64Bit（8 字节）是唯一

器件码（64BitUniqueDeviceIdentifier）,每一片 Flash 在出厂时 已经带有，并且同一种 Flash 型号不会有相同的编码，哪怕这个字库是全新空白的字库。后 来 64Bit 为用户可编程 OTP 单元 （64BitUserProgrammableOTPCells） ,可以由用户自用设定， 单只能写入，不能擦除。

5. 为何现代的计算机转化为以存储器为中心

在微处理器问世之前，运算器和控制器是两个分离的功能部件，加上当时的存储器还是以磁芯存储器为主，计算机存储的信息量较少，因此早期冯·诺依曼提出的计算机结构是以运算器为中心的，其他部件通过运算器完成信息的传递。

随着微电子技术的进步，人们成功地研制出了微处理器。微处理器将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里。

同时，随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍的扩大，加上需要计算机处理，加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。为适应发展的需要，现代计算机组织结构逐步转化为以存储器为中心的组织结构。

但是现代计算机基本结构仍然遵循冯·诺依曼思想。

(5)以存储器扩展阅读：

第1代：电子管数字机（1946—1958年）

硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用轮渣的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。

特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。

第2代：晶体管数字机（1958—1964年）

硬件方面的操作系统、高级语言及其编译程序应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。

第3代：集成电路数字机（1964—1970年）

硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以锋核及结构化、规模化程序设计方法。

特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显着提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。

第4代：大规模集成电路机（1970年至今）

硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。

由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。

微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面，利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。

我国继1983年研制成功每秒运算银桐掘一亿次的银河Ⅰ这型巨型机以后，又于1993年研制成功每秒运算十亿次的银河Ⅱ型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数据库管理系统和网络软件等。

随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器，由最初的阴极射线显示管发展到磁芯、磁鼓，以后又发展为通用的磁盘，现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘（CD—ROM）。

参考资料来源：网络-冯·诺依曼结构

参考资料来源：网络-计算机系统

参考资料来源：网络-计算机

6. 以运算器为中心和以存储器为中心的区别是什么

存谨巧储器的发展主要是在扩大容量.现在CPU的处理速度岩岁已经远远超过内存的存取速度,相差大概四五个数量级.所以现代计算机的运行速度瓶颈主要是在存储器方面.大概是因为这样的原因所以才说现代计算机是以存储器为中心.个人仍然认为存储器不见得比运算器更重要.

现代计算机运算器的发展主要是在提高CPU的速度，而存储器的发展主要是在扩大容量。现在CPU的处理速度已经远远超过内存的存取速度，相差大概四五祥枣键个数量级。所以现代计算机的运行速度瓶颈主要是在存储器方面。大概是因为这样的原因所以才说现代计算机是以存储器为中心。个人仍然认为存储器不见得比运算器更重要。