第2章

微型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器

2.1微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器概述2.2

只讀存儲(chǔ)器2.3

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2.4FLASH存儲(chǔ)器2.5微機(jī)存儲(chǔ)器的組成與擴(kuò)展2.1微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器單元量綱符號(hào)值K210M220G230

一般一個(gè)儲(chǔ)存電路能存儲(chǔ)1位2進(jìn)制信息，通常將8位儲(chǔ)存電路結(jié)合在一起構(gòu)成1個(gè)最基本的儲(chǔ)存單元，稱為1個(gè)字節(jié)（Byte）,一個(gè)存儲(chǔ)器芯片的容量定義為：存儲(chǔ)器芯片的容量=單元數(shù)×位數(shù)/單元存儲(chǔ)器從它與CPU的位置關(guān)系可以分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器兩種。正在運(yùn)行的程序和相應(yīng)的數(shù)據(jù)都要存放在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。外部存儲(chǔ)器則是相當(dāng)于程序和數(shù)據(jù)的倉庫，用來長(zhǎng)期保存程序和數(shù)據(jù)。顯然，存儲(chǔ)器的容量越大，則存儲(chǔ)的信息越多，計(jì)算機(jī)的功能就越強(qiáng)。同時(shí)如前所述，計(jì)算機(jī)中大量的操作是CPU與存儲(chǔ)器交換信息。但是，存儲(chǔ)器的工作速度相對(duì)于CPU總是要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，存儲(chǔ)器的工作速度又是影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度的主要因素。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的要求是：容量要大、存儲(chǔ)速度要快。但容量大、速度快與成本低是矛盾的，容量大、速度快必然使成本增加。為了使容量、速度與成本適當(dāng)折中，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都采用多級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：主存儲(chǔ)器（內(nèi)部存儲(chǔ)器）、輔助（外部）存儲(chǔ)器及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器。在實(shí)際使用中，越靠近CPU的存儲(chǔ)器，與CPU的數(shù)據(jù)交流越頻繁，其速度自然是越快越好，容量越大越好，實(shí)際情況是其容量一般都不大。為了使大容量的主存儲(chǔ)器能與CPU進(jìn)行信息快速交換，在CPU與主存儲(chǔ)器之間還有1-2級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），一般集成在CPU芯片內(nèi)。Cache容量較小，目前一般為幾MB，其工作速度幾乎與CPU相當(dāng)。主存儲(chǔ)器（內(nèi)存條）容量較大，又稱為內(nèi)部存儲(chǔ)器，目前一般為2GB或4GB，工作速度比Cache慢。但目前所用的SDRAM、DDRSDRAM和RDRAM性能已有極大的提高。外部存儲(chǔ)器容量大，目前一般為幾百GB，但工作速度慢。目前主要采用的是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成度大大提高，體積急劇減小，成本迅速降低。除內(nèi)部存儲(chǔ)器之外的存儲(chǔ)器統(tǒng)稱為外部存儲(chǔ)器，目前主流是磁介質(zhì)存儲(chǔ)器，容量迅速提高，現(xiàn)在主流的是幾百GB的硬盤，速度也提高很快，成本不斷下降，已成為微型計(jì)算機(jī)的主流外部存儲(chǔ)器。另外，由NAND閃存組成的固態(tài)硬盤、光存儲(chǔ)等也在迅速發(fā)展。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，特別是MOS存儲(chǔ)器，具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。MOS存儲(chǔ)器的普遍使用，是微型計(jì)算機(jī)得以推廣使用的一個(gè)必不可少的條件。微型計(jì)算機(jī)用到的存儲(chǔ)器分類：1、按制造工藝分可將半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為雙極型和MOS型兩類。（1）雙極型

由TTL晶體管邏輯電路構(gòu)成。該類存儲(chǔ)器件工作速度快，但集成度低、功耗大、價(jià)格偏高。（2）金屬氧化物半導(dǎo)體型

簡(jiǎn)稱MOS型。該類型有多種制作工藝，如N溝道MOS、HMOS（高密度MOS）、CMOS（互補(bǔ)型MOS）、CHMOS（高速CMOS）等。該類存儲(chǔ)器的集成度高、功耗低、價(jià)格便宜，但速度較雙極型器件慢。

2、按使用屬性分

可將半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為ROM和RAM兩類。

（1）ROM在一般情況下只能讀出所存信息，而不能重新寫入。信息的寫入是通過工廠的制造環(huán)節(jié)或采用特殊的編程方法進(jìn)行的。信息一旦寫入，就能長(zhǎng)期保存，掉電亦不丟失，所以ROM屬于非易失性存儲(chǔ)器件。一般用它來存放固定的程序或數(shù)據(jù)。

ROM可分為以下5種類型。①掩模式ROM，簡(jiǎn)稱ROM。該類芯片通過工廠的掩模制作，已將信息做在芯片當(dāng)中，出廠后不可更改。②可編程ROM，簡(jiǎn)稱PROM。該類芯片允許用戶進(jìn)行一次性編程，此后便不可更改。③可擦除PROM，簡(jiǎn)稱EPROM。一般指可用紫外光擦除的PROM。該類芯片允許用戶多次編程和擦除。擦除時(shí)，通過向芯片窗口照射紫外光的辦法來進(jìn)行。④電可擦除PROM，簡(jiǎn)稱EEPROM，也稱E2PROM。該類芯片允許用戶多次編程和擦除。用戶可在線進(jìn)行擦除、編程等操作。⑤閃存（Flashmemory），是一種新型的容量大、速度快、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。（2）RAM

RAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器，信息可以根據(jù)需要隨時(shí)寫入或讀出。對(duì)于一般的RAM芯片，掉電時(shí)信息將會(huì)丟失。①靜態(tài)（Static）RAM，即SRAM。它以觸發(fā)器為基本存儲(chǔ)單元，所以只要不掉電，其所存信息就不會(huì)丟失。該類芯片的集成度不如動(dòng)態(tài)RAM，功耗也比動(dòng)態(tài)RAM高，但它的速度比動(dòng)態(tài)RAM快，也不需要刷新電路。在構(gòu)成小容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)如單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般選用SRAM，在微型計(jì)算機(jī)中普遍用SRAM構(gòu)成高速緩沖存儲(chǔ)器。

②動(dòng)態(tài)(Dynamic)RAM，即DRAM。一般用MOS型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件構(gòu)成，最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)形式以單個(gè)MOS管為基本單元，以極間的分布電容是否持有電荷作為信息的存儲(chǔ)手段，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高。但是必須為它配備專門的刷新電路。動(dòng)態(tài)RAM芯片的集成度高、價(jià)格低廉，所以多用在存儲(chǔ)容量較大的系統(tǒng)中。目前，微型計(jì)算機(jī)中的主存幾乎都是使用動(dòng)態(tài)RAM。（3）新型存儲(chǔ)器件FRAM（鐵電存儲(chǔ)器），利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，特點(diǎn)是速度快，能夠像RAM一樣操作，掉電數(shù)據(jù)不丟失。MRAM（非揮發(fā)性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），具有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）的高速存儲(chǔ)能力、高集成度，基本上可以無限次地重復(fù)寫入。2.2

只讀存儲(chǔ)器

ROM的特點(diǎn):把信息寫入存儲(chǔ)器以后，能長(zhǎng)期保存，存儲(chǔ)器斷電后存儲(chǔ)器所存信息不變。ROM器件有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以位密度比可讀/寫存儲(chǔ)器高；②具有非易失性，所以可靠性高。通常采用ROM存放調(diào)試的程序或數(shù)據(jù)，如存放系統(tǒng)監(jiān)控程序、數(shù)據(jù)表格等。2.2.1只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及分類

ROM電路主要由地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣和輸出緩沖器組成。只讀存儲(chǔ)器的分類1.掩膜工藝ROM2.可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM3.可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM4.可用電擦除的EEPROM可編程只讀存儲(chǔ)器5.快閃存儲(chǔ)器ROM（FLASHROM）1．掩模工藝ROM在ROM的生產(chǎn)過程的最后一道掩模工藝時(shí)，根據(jù)用戶提出的存儲(chǔ)內(nèi)容制作一塊決定MOS管連接方式的掩模，然后把存儲(chǔ)內(nèi)容制作在芯片上。這種ROM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，但制作掩模的成本也很高。掩模型ROM可用來存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)用的某些標(biāo)準(zhǔn)程序。根據(jù)制造技術(shù)，掩模型ROM又可分為MOS型和雙極型兩種.MOS型功耗小，但速度比較慢，微型機(jī)系統(tǒng)中用的ROM主要是這種類型。雙極型速度比MOS型快，但功耗大，只用在速度較高的系統(tǒng)中。存儲(chǔ)器從譯碼方式上來看，有字譯碼結(jié)構(gòu)和復(fù)合譯碼結(jié)構(gòu)兩種，MOS只讀存儲(chǔ)器也不例外。（1）字譯碼結(jié)構(gòu)ROM的內(nèi)容

字

位位1位2位3位4字10000字20110字31010字411004×4位的MOSROM圖（2）復(fù)合譯碼結(jié)構(gòu)2．可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM

PROM指的是“可編程只讀存儲(chǔ)器”，這樣的產(chǎn)品只允許寫入一次。PROM在出廠時(shí)，存儲(chǔ)的內(nèi)容全為1，用戶可以根據(jù)需要將其中的某些單元寫入數(shù)據(jù)0以實(shí)現(xiàn)對(duì)其“編程”的目的。3．可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM

EPROM擦除后即可進(jìn)行再編程，可反復(fù)編程使用，擦除需要使用紫外線照射一定的時(shí)間。這類芯片在芯片外殼上方的中央有一個(gè)圓形窗口“石英玻璃窗”，在紫外線照射下，存儲(chǔ)器中的各位信息均變“1”，擦除干凈的EPROM可以通過編程器將應(yīng)用程序固化到芯片中。由于陽光中有紫外線的成分，一個(gè)編程后的芯片的“石英玻璃窗”一般使用黑色不干膠紙蓋住，以防止遭到陽光直射而破壞程序。EPROM的典型芯片是Intel公司的27系列產(chǎn)品，按存儲(chǔ)容量不同有多種型號(hào)。例如2716（2KB）、2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）等，該系列芯片都為8位/單元的，所以27后面的數(shù)字表示其存儲(chǔ)容量，單位為Kbit，除以8就是該芯片的單元數(shù)，單位為KB。

不同的EPROM芯片，容量不同，引腳也就不一樣，但是它們的使用方法相似。4．可電擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM

EEPROM又稱E2PROM，可直接用電信號(hào)擦除，也可用電信號(hào)寫入。具有ROM的非易失性，又具有RAM的隨機(jī)讀寫的特性。芯片儲(chǔ)存的信息能保留長(zhǎng)達(dá)20年之久，具有幾百次到幾萬次不等的改寫次數(shù)，只是內(nèi)容擦除和寫入的時(shí)間比較長(zhǎng)，大約10ms。E2PROM通過讀寫操作進(jìn)行逐個(gè)存儲(chǔ)單元讀出和寫入，且讀寫操作與RAM一樣，但寫入速度慢一些，而斷電后卻能保存信息。因E2PROM重編程時(shí)間比較長(zhǎng)，有效重編程次數(shù)也比較低，所以E2PROM不能取代RAM。E2PROM芯片對(duì)硬件電路沒有特殊要求，操作也簡(jiǎn)單，作為ROM使用時(shí)就按照EPROM方式連線及進(jìn)行單元地址編址即可。典型E2PROM芯片有24C04、28C16、2864、CAT24C256、CAT25256等。5．快閃存儲(chǔ)器ROM（FlashROM）

FlashROM讀寫速度很快，存取時(shí)間可達(dá)20ns。目前很多單片機(jī)內(nèi)均采用Flash作為程序存儲(chǔ)器，其使用與擴(kuò)展方法和E2PROM一樣。閃存具有擦寫快、非易失、在系統(tǒng)編程（ISP）等特點(diǎn)，存儲(chǔ)容量可達(dá)16～128MB，重復(fù)擦寫10萬次以上，數(shù)據(jù)可靠保持超過10年。閃速存儲(chǔ)器必須按塊擦除（每個(gè)區(qū)塊的大小不定），而E2PROM是一次只擦除一個(gè)字節(jié)，因此目前閃存也被廣泛用在PC的主板上，用來保存BIOS程序，便于進(jìn)行程序的升級(jí)，同時(shí)也廣泛用作硬盤的替代，但是將其用來取代RAM就顯得不合適，因?yàn)镽AM需要能夠按字節(jié)改寫。常見典型FlashROM芯片有AT29C256（32K×8位）、AT29LV040A（512K×8位）和Am29F016B（2M×8位）、28F256、MX29LV320ET（4M×8位）、MX29LV128D（16M×8位）等。2.2.2只讀存儲(chǔ)器典型產(chǎn)品舉例

1.27256EPROM

32K×8位，15條地址，8條數(shù)據(jù)線。

27256工作方式選擇表CEOEVppA9Vcc輸出端讀低低Vcc×Vcc數(shù)據(jù)輸出編程低高Vpp×Vcc數(shù)據(jù)輸入校驗(yàn)高低Vpp×Vcc數(shù)據(jù)輸出編程禁止高高Vpp×Vcc高阻備用高×Vcc×Vcc高阻輸出禁止低高Vcc×Vcc高阻Intel標(biāo)識(shí)符低低VccVHVcc編碼Intel編程方法低高Vpp×Vcc數(shù)據(jù)輸入——（1）讀方式VCC和VPP都接+5V，CPU先通過地址引線送來地址信號(hào)，接著用控制信號(hào)，使CE和OE都有效，經(jīng)過一段時(shí)間，指定單元的內(nèi)容就可以讀出到數(shù)據(jù)輸出引腳上。（2）備用方式未被選中時(shí)，最大電流由125mA降為50mA，輸出端處于高阻狀態(tài)。（3）編程方式VCC接5V，VPP接12V；CE端保持低電平，OE而保持高電平，O0～O7被用于數(shù)據(jù)輸入，端口上的數(shù)據(jù)將被寫入到EPROM中，地址信息決定寫入到哪個(gè)存儲(chǔ)單元中。————————（4）編程禁止若在編程時(shí)，有若干個(gè)27256并聯(lián)，有的芯片的編程要禁止，則只要將該芯片的CE端變?yōu)楦唠娖郊纯伞＃?）校驗(yàn)為了檢查編程時(shí)寫入數(shù)據(jù)是否正確，通常在編程過程中包含校驗(yàn)操作，在一個(gè)字節(jié)的編程完成以后，電源的接法不變，CE保持高電平，令OE變?yōu)榈碗娖剑瑒t同一單元的數(shù)據(jù)在O0～O7上輸出，就可以與要輸入的數(shù)據(jù)相比較，校驗(yàn)編程是否正確。——————內(nèi)部分成32頁，每頁16字節(jié)，存儲(chǔ)空間為32*16=512個(gè)字節(jié)(4096/8=512)。24C04支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，通過控制器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)24C04器件連接到總線上。

引腳名稱功能A0A1A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時(shí)鐘WP寫保護(hù)VCC+1.8～6.0V工作電壓VSS地2.24C044K位串行EEPROM2.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，在斷電時(shí)將丟失其存儲(chǔ)內(nèi)容，它和ROM的區(qū)別在于RAM不但可以隨時(shí)讀取，而且還能隨時(shí)直接寫入新的信息。按制造工藝分類，RAM分為雙極型和MOS型兩大類。

基本工作過程是：首先得到地址信號(hào)和片選信號(hào)，片選信號(hào)有效該芯片被選中，地址信號(hào)決定是對(duì)存儲(chǔ)器的哪個(gè)單元進(jìn)行操作；然后得到讀/寫控制信號(hào)，根據(jù)讀/寫信號(hào)的電平來確定是進(jìn)行讀操作還是寫操作。若是讀操作，芯片就將地址總線所對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)體單元的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器，在得到輸出控制信號(hào)有效時(shí)，再將該數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。若是寫操作，在寫信號(hào)有效時(shí)就將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入到芯片存儲(chǔ)體的一個(gè)單元，到底寫到哪個(gè)單元，由地址總線信號(hào)決定。若片選信號(hào)無效，該芯片不進(jìn)行任何操作，輸出緩沖器輸出線呈高阻狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)該芯片輸出緩沖器與外部數(shù)據(jù)總線的隔離。按制造工藝分類，RAM分為雙極型和MOS型兩大類。1．雙極型RAM的特點(diǎn)①存儲(chǔ)速度快點(diǎn)；②以晶體管的觸發(fā)器作為基本存儲(chǔ)電路，故管子較多些；③與MOS相比集成度較低；④功耗大；⑤成本高。所以，雙極型RAM主要用在對(duì)速度要求較高的微型機(jī)中或作為Cache。2．MOS型RAM又可分為靜態(tài)SRAM和動(dòng)態(tài)DRAM兩種。（1）靜態(tài)RAM的特點(diǎn)①多管構(gòu)成的觸發(fā)器作為基本存儲(chǔ)電路；②集成度高于雙極型，但低于動(dòng)態(tài)DRAM；③不需要刷新，故可省去刷新電路；④功耗比雙極型低，但比動(dòng)態(tài)RAM高。⑤易于用電池作為后備電源。⑥存取速度較動(dòng)態(tài)RAM快。（2）動(dòng)態(tài)RAM的特點(diǎn)①基本存儲(chǔ)電路可以用單管線路組成（靠電容存儲(chǔ)電荷）；②集成度高；③比靜態(tài)RAM的功耗更低；④價(jià)格比靜態(tài)便宜；⑤因動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器靠電容來存儲(chǔ)信息，由于總是存在著泄漏電流，故需要定時(shí)刷新。典型的是要求每隔1ms刷新一遍。MOS型存儲(chǔ)器因其集成度高、功耗低、價(jià)格便宜而得到廣泛應(yīng)用。2.3.1靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路MOS觸發(fā)器靜態(tài)RAM是用MOS管作為基本記憶元件。

八管靜態(tài)基本存儲(chǔ)單元2.3.2動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元電路功耗低，在大容量存儲(chǔ)器中得到廣泛使用。動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路是利用MOS管柵極和源極之間的極間電容C1來存儲(chǔ)信息的。靜態(tài)基本存儲(chǔ)單元電路工作時(shí)至少一組MOS管導(dǎo)通來維持穩(wěn)態(tài)，因而功耗較大。由此可見，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路具有集成度高、成本低、功耗低，但由于刷新，需要有較復(fù)雜的外圍控制電路，所以只有在構(gòu)成大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)（如PC）才有較高的性價(jià)比。單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元

2.3.3RAM芯片介紹

1.典型靜態(tài)Intel2128NMOSRAM 2K×8位，單一5V供電，8位數(shù)據(jù)線D0～D7，一個(gè)片選端，一個(gè)輸出允許端，一個(gè)寫控制端，11根地址線。與2716、2732兼容。在片選為高電平（無效）時(shí)，功耗自動(dòng)降低到工作時(shí)的1/4左右。CEWEOED0-D7未選中1任意任意高阻抗輸出禁止011高阻抗讀出010數(shù)據(jù)輸出寫入00任意數(shù)據(jù)輸入—————2.靜態(tài)存儲(chǔ)器ISSIIS65C256CMOSStaticRAM 32K×8位，單一5V供電，8位數(shù)據(jù)線D0～D7，一個(gè)片選端，一個(gè)輸出允許端，一個(gè)寫控制端，15根地址線。

IS65C256引腳排列和功能結(jié)構(gòu)示意圖

3.Intel2116動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器

16K×1位動(dòng)態(tài)RAM，16個(gè)引腳，16K應(yīng)當(dāng)有14條地址信號(hào)線，但2116引腳只有7個(gè)地址信號(hào)引線端A0～A6,即是列地址，又是行地址，通過兩個(gè)控制信號(hào)列地址選通信號(hào)CAS和行地址選通信號(hào)RAS來區(qū)別。CEWEOEI/O0～I(xiàn)/O7未選中1任意任意高阻抗輸出禁止011高阻抗讀出010數(shù)據(jù)輸出寫入00任意數(shù)據(jù)輸入———————Intel2116在工作時(shí)，行選通RAS信號(hào)先有效，輸入行地址A0～A6，存入芯片內(nèi)部的行地址鎖存器，然后列選通CAS有效，將隨之而來的A0～A6為列地址A7～A13存入列地址鎖存器。2116只要RAS行信號(hào)有效時(shí)，該芯片開始工作，芯片三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端只受CAS控制。讀操作：當(dāng)RAS和CAS都為低電平，WE保持高電平時(shí)，所選中的存儲(chǔ)單元信息送到數(shù)據(jù)輸出總線。寫操作：當(dāng)RAS和CAS都為低電平，WE而保持低電平時(shí)，將數(shù)據(jù)線的信息寫入指定單元。——————————————————————————刷新操作：刷新是按行進(jìn)行的，要在2ms的時(shí)間里對(duì)A0～A6的128個(gè)地址輪流刷新一遍。刷新操作只需使RAS為低電平，讀入行地址，而CAS為高電平（不必讀列地址），就可以對(duì)行地址所對(duì)應(yīng)的128個(gè)存儲(chǔ)單元同時(shí)進(jìn)行刷新。動(dòng)態(tài)RAM的數(shù)據(jù)線一般只有一條，所以在實(shí)用中廠家或商家通常是將8片動(dòng)態(tài)RAM裝配在一個(gè)RAM條上出售，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的電路連接。————2.4FLASH存儲(chǔ)器

Flash存儲(chǔ)器（FlashMemory），又名閃速存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱閃存），是一種長(zhǎng)壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息）的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為256KB到20MB。2.4.1、FLASH類型及應(yīng)用從技術(shù)架構(gòu)來分，主要有NOR、NAND等幾大陣營(yíng)。1．NOR技術(shù)（1）NOR基于NOR技術(shù)（也稱為L(zhǎng)inear技術(shù)）的閃速存儲(chǔ)器出現(xiàn)最早，目前仍是多數(shù)供應(yīng)商支持的技術(shù)架構(gòu)，具有可靠性高、隨機(jī)讀取速度快的優(yōu)勢(shì)，廣泛用于PC的BIOS固件、移動(dòng)電話、硬盤驅(qū)動(dòng)器的控制存儲(chǔ)器等。NOR技術(shù)特點(diǎn)：程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上，擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取；可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作，編程之前需要對(duì)塊或整片進(jìn)行預(yù)編程和擦除操作。擦除和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)。Intel公司的StrataFlash家族中的最新成員——28F128J3，達(dá)到128Mb（位），對(duì)于要求程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一芯片中的應(yīng)用場(chǎng)合是一種較理想的選擇。（2）DINOR具有快速隨機(jī)讀取的功能，按字節(jié)隨機(jī)編程的速度略低于NOR，而塊擦除速度快于NOR。DINOR技術(shù)在執(zhí)行擦除操作時(shí)無須對(duì)頁進(jìn)行預(yù)編程，且編程操作所需電壓低于擦除操作所需電壓，這與NOR技術(shù)相反。

2．NAND技術(shù)（1）NAND技術(shù)特點(diǎn)有：以頁為單位進(jìn)行讀和編程，1頁為256B或512B；以塊為單位進(jìn)行擦除，1塊可以為4KB、8KB或16KB。具有快編程和快擦除的功能，其塊擦除時(shí)間是2ms；而NOR技術(shù)的塊擦除時(shí)間達(dá)到幾百ms。數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實(shí)現(xiàn)串行讀取。隨機(jī)讀取速度慢且不能按字節(jié)隨機(jī)編程。芯片尺寸小，引腳少，是位成本（bitcost）最低的固態(tài)存儲(chǔ)器。芯片包含有失效塊，其數(shù)目最大可達(dá)到3～35塊。失效塊不會(huì)影響有效塊的性能，但設(shè)計(jì)者需要將失效塊在地址映射表中屏蔽起來。（2）UltraNAND與NAND兼容，擁有比NAND技術(shù)更高等級(jí)的可靠性；可用來存儲(chǔ)代碼，它沒有失效塊，因此不用系統(tǒng)級(jí)的查錯(cuò)和校正功能，能更有效地利用存儲(chǔ)器容量。此外，ND技術(shù)，是目前在數(shù)據(jù)和文檔存儲(chǔ)領(lǐng)域中另一種占重要地位的閃速存儲(chǔ)技術(shù)。還有由EEPROM派生的閃速存儲(chǔ)器，具有很高的靈活性，可以單字節(jié)讀寫（不需要擦除，可直接改寫數(shù)據(jù)），但存儲(chǔ)密度小，單位成本高。NOR和NANDFlash存儲(chǔ)器的使用區(qū)別

NOR芯片內(nèi)可以執(zhí)行（XIP，eXecute

InPlace），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率也很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。實(shí)用中當(dāng)閃存只是用來存儲(chǔ)少量的代碼時(shí)，NOR閃存更適合一些。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。所以實(shí)用中NAND則是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案。2.4.3閃存AT29LV040A芯片介紹Atmel公司的NOR閃存AT29LV040A可與各種單片機(jī)連接。1．AT29LV040A的主要性能

速讀取時(shí)間：150ns；單一電壓下在線編程（編程前自動(dòng)擦除）電壓：3.3V±0.3V；存儲(chǔ)容量：4Mbit（512KB×8）；以256字節(jié)為一頁的頁寫入操作，片內(nèi)帶256字節(jié)的地址數(shù)據(jù)鎖存；單頁寫入時(shí)間20ms，芯片擦除時(shí)間20ms；低功耗:讀寫電流15mA，維持電流40nA；

CMOS工藝，10000次擦除寫入壽命，數(shù)據(jù)可保存10年；輸入/輸出與TTL、CMOS電平兼容；溫度范圍：商用為0～70℃，工業(yè)用為-40～85℃。2．AT29LV040A的引腳圖和引腳A0～A18：地址線；CE：片選線；OE：輸出允許(讀)信號(hào)線；WE：寫允許信號(hào)線；I/O0～I(xiàn)/O7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線。——————3．AT29LV040A的讀操作AT29LV040A的讀操作與靜態(tài)RAM完全類似。當(dāng)時(shí)，被選中的地址單元的內(nèi)容讀出到外部總線上；當(dāng)或處于高電平時(shí)，輸出線處于高阻態(tài)。4．?dāng)?shù)據(jù)寫入及編程操作

AT29LV040A編程流程圖2.5

微機(jī)存儲(chǔ)器的組成與擴(kuò)展

CPU和存儲(chǔ)器之間的連接，是地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線的連接。要考慮的問題主要有:(1)CPU總線的負(fù)載能力。(2)CPU和存儲(chǔ)器的存取速度之間的配合。(3)存儲(chǔ)器的地址分配和片選。(4)控制信號(hào)的連接。2.5.1存儲(chǔ)器芯片的選擇主要是存儲(chǔ)器的類型、芯片的容量、芯片的讀寫速度的考慮。

類型：適合工作需要

容量：滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要，同時(shí)適當(dāng)考慮系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)充需要。

讀寫速度：滿足CPU的讀寫速度要求。

1．類型選ROM還是選RAM，選靜態(tài)RAM還是選動(dòng)態(tài)RAM等。如果存儲(chǔ)器是用來存放已調(diào)試好的程序或固定常數(shù)，則應(yīng)選用ROM，在樣機(jī)研制或小批量生產(chǎn)時(shí)可選用EPROM，大批量生產(chǎn)時(shí)可采用掩模ROM。如果用來存放經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)則選RAM，若系統(tǒng)較小，存儲(chǔ)容量不大，常選用靜態(tài)RAM，如單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；若系統(tǒng)存儲(chǔ)容量較大，可選用動(dòng)態(tài)RAM，如PC。Flash既可以作為程序存儲(chǔ)器，也可以作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。作為程序存儲(chǔ)器時(shí)具有在線擦除和改寫功能，也可以作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存入的數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)閿嚯姸А５獸lash存儲(chǔ)器的改寫速度比RAM的寫入速度要慢得多。2．容量存儲(chǔ)容量的大小要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要來定，同時(shí)適當(dāng)考慮系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)充需要。3．工作速度存儲(chǔ)器的存取時(shí)間tm:它是指從收到有效的地址信號(hào)到讀出的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)線上穩(wěn)定為止的這一段時(shí)間。計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器的訪問時(shí)間tc:指從CPU送出有效地址到CPU采樣數(shù)據(jù)總線的這段時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)有效訪問，必須有

tm<tc2.5.2存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1．存儲(chǔ)位數(shù)的擴(kuò)展 當(dāng)存儲(chǔ)器位數(shù)不滿足要求時(shí)，需要進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)展 例：要構(gòu)成2K×16位只讀存儲(chǔ)器，可以采用2片2K×8位的存儲(chǔ)器構(gòu)成。存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)展————————2.存儲(chǔ)單元的擴(kuò)展

片選有兩種方法：“線選法”和“譯碼法”，而譯碼法又可以分為“全譯碼”和“部分譯碼”。(1)線選法

用低位地址線來完成對(duì)每片內(nèi)的存儲(chǔ)單元的尋址，然后用余下的高位地址線直接接到芯片的CS端實(shí)現(xiàn)芯片的選擇。例如：對(duì)于2K×8位芯片需11條地址線，故用A10～A0。然后用余下的高位地址A15～A11來區(qū)別各個(gè)芯片，可以區(qū)別5個(gè)這樣的芯片。圖中只接了4片，構(gòu)成8K×8位存儲(chǔ)器芯片組，用A14～A11作線選，設(shè)片選CS高電平有效。

存儲(chǔ)器線選法的擴(kuò)展

————芯片A15A14A13A12A11A10…A0地址范圍#1000010…00800H～0FFFH000011…1#2000100…01000H～17FFH000101…1#3001000…02000H～27FFH001001…1#4010000…04000H～47FFH010001…1可見，線選法接線簡(jiǎn)單，但是：

各芯片的地址是不連續(xù)的，因?yàn)槠x用的高位地址不能出現(xiàn)多位為1，造成地址不連續(xù)；

存在大量的地址空間浪費(fèi)，因?yàn)楦呶黄x用的地址組合有很多是不允許出現(xiàn)的，任一時(shí)刻只能一位高位片選用的地址有效。所以這種連接方法只適合于較小的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。(2)全譯碼用低位地址線實(shí)現(xiàn)各芯片內(nèi)的存儲(chǔ)單元尋址，而所余的全部高位地址線經(jīng)過譯碼器譯碼以后作為各芯片的片選信號(hào)，這種選片方式稱為全譯碼。例如，由4片2K×8位芯片，構(gòu)成8K×8的存儲(chǔ)器，片內(nèi)單元尋址用A10～A0，將其余的5條高位地址線A15～A11輸入到一個(gè)5/32地址譯碼器（類似3/8譯碼器），其輸出用做片選。

全譯碼構(gòu)成的8K×8位存儲(chǔ)器

————芯片A15A14A13A12A11A10…A0地址范圍#1111000…0E000H～E7FFH111001…1#2111010…0E800H～EFFFH111011…1#3111100…0F000H～F7FFH111101…1#4111110…0F800H～FFFFH111111…1各芯片的地址范圍

全譯碼時(shí)，高位地址可以出現(xiàn)任意排列，在每塊芯片的地址范圍是唯一的，同時(shí)，尋址空間也得到充分利用。如在上例中擴(kuò)展至8K×8位后，仍有56K地址可供進(jìn)一步擴(kuò)展。(3)部分譯碼

只將高位地址線的一部分經(jīng)過譯碼器譯碼以后作為各芯片的片選信號(hào)，這樣的片選方式稱為部分譯碼。例如：4片2K×8位芯片構(gòu)成8K×8位存儲(chǔ)器，由于4片芯片需要4個(gè)片選信號(hào)，可以采用2-4譯碼器，下圖A13、A12、A11是無關(guān)位，有8種情況，所以該方案的每個(gè)單元或每個(gè)芯片都有8套地址。沒有用到的高位地址可設(shè)為“0”，這樣確定的地址稱為芯片的“基本地址”。

部分譯碼構(gòu)成的8K×8位存儲(chǔ)系統(tǒng)

————芯片A15A14A13A12A11A10…A0#100×××0…000×××1…1#201×××0…001×××1…1#310×××0…010×××1…1#411×××0…011×××1…1現(xiàn)假設(shè)A13A12A11為111，則各片的地址范圍：芯片A15A14A13A12A11A10…A0地址范圍#1001110…03800H～3FFFH001111…1#2