计算机系统架构梳理(六)RAM,ROM

Posted by A Chang on March 8, 2020

计算机系统架构梳理(六)RAM,ROM

RAM-Random Access Memory易挥发性随机存取存储器,高速存取,读写时间相等,且与地址无关,如计算机内存等。
ROM-Read Only Memory只读存储器。断电后信息不丢失,如计算机启动用的BIOS芯片。存取速度很低,(较RAM而言)且不能改写。由于不能改写信息,不能升级,现已很少使用。
EPROM、EEPROM、Flash ROM(NOR Flash 和 NAND Flash),性能同ROM,但可改写。一般读出比写入快,写入需要比读出更高的电压(读5V写12V)。而Flash可以在相同电压下读写,且容量大、成本低,如今在U盘、MP3中使用广泛。
在计算机系统里,RAM一般用作内存,ROM用来存放一些硬件的驱动程序,也就是固件。

RAM随机存取存储器(Random Access Memory)

现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制),未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形,若不作特别处理,数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态,然后按照原来的状态重新为电容器充电,弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。

RAM结构

RAM由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输入/输出、片选控制等几部分组成。

  1. 存储矩阵。RAM的核心部分是一个寄存器矩阵,用来存储信息,称为存储矩阵。
  2. 地址译码器。地址译码器的作用是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号,从而选中该存储单元。
  3. 读/写控制器。访问RAM时,对被选中的寄存器进行读操作还是进行写操作,是通过读写信号来进行控制的。读操作时,被选中单元的数据经数据线、输入/输出线传送给CPU(中央处理单元);写操作时,CPU将数据经输入/输岀线、数据线存入被选中单元。
  4. 输入/输出。RAM通过输入/输岀端与计算机的CPU交换数据,读出时它是输岀端,写入时它是输入端,一线两用。由读/写控制线控制。输入/输出端数据线的条数,与一个地址中所对应的寄存器位数相同,也有的RAM芯片的输入/输出端是分开的。通常RAM的输出端都具有集电极开路或三态输出结构。
  5. 片选控制。由于受RAM的集成度限制。一台计算机的存储器系统往往由许多RAM组合而成。CPU访问存储器时,一次只能访问RAM中的某一片(或几片),即存储器中只有一片(或几片)RAM中的一个地址接受CPU访问,与其交换信息,而其他片RAM与CPU不发生联系,片选就是用来实现这种控制的。通常一片RAM有一根或几根片选线,当某一片的片选线接入有效电平时,该片被选中,地址译码器的输出信号控制该片某个地址的寄存器与CPU接通;当片选线接入无效电平时,则该片与CPU之间处于断开状态。

注意:对静电敏感

正如其他精细的集成电路,随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷,引致数据流失,甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前,应先用手触摸金属接地。

ROM只读存储器(Read-Only Memory)

在微机的发展初期,BIOS都存放在ROM(Read Only Memory,只读存储器)中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中,在工厂里用特殊的方法被烧录进去的,其中的内容只能读不能改,一旦烧录进去,用户只能验证写入的资料是否正确,不能再作任何修改。

计算机中的存储器

在计算机的组成结构中,有一个很重要的部分,就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。存储器的种类很多,按其用途可分为主存储器和辅助存储器,主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质或光盘,像硬盘,软盘,磁带,CD等,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息,但是由机械部件带动,速度与CPU相比就显得慢的多。