RAM 和 ROM

在上一章中，我们讨论了存储设备及其特性。阅读本章以了解两种最重要的存储器类型 RAM(随机存取存储器)和 ROM(只读存储器)的特性，它们用于计算机、笔记本电脑、智能手机等数字系统。

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 中的访问时间与字的地址无关，也就是说，存储器内的每个存储位置都与其他位置一样容易到达，并且花费相同的时间。我们可以随机进入内存，速度极快，但价格也相当昂贵。

RAM 是一种易失性存储器，也就是说，当我们关闭计算机或发生电源故障时，存储在其中的数据会丢失。因此，计算机通常使用备用不间断电源系统 (UPS)。RAM 很小，无论是就其物理尺寸而言，还是就其可容纳的数据量而言。

RAM 的类型

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)

让我们详细讨论一下这两种类型的 RAM。

静态 RAM (SRAM)

"静态"一词表示只要通电，存储器就会保留其内容。但是，由于易失性，断电时数据会丢失。 SRAM 芯片使用 6 个晶体管组成的矩阵，没有电容器。晶体管不需要电源来防止泄漏，因此 SRAM 不需要定期刷新。

由于矩阵中的额外空间，对于相同的存储空间，SRAM 使用的芯片比 DRAM 多，从而使制造成本更高。静态 RAM 主要用作高速缓存，需要非常快且小巧。

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，它需要持续的电源来维持其存储的数据。如果电源被移除或关闭，存储在 SRAM 中的数据将被删除。
• SRAM 是一种高速随机存取存储器。 SRAM 无需刷新即可维护其存储的数据。
• SRAM 由称为触发器的半导体元件组成，用于存储数据。SRAM 具有较低的存储密度。这主要是因为其复杂的存储单元结构。这也导致其物理尺寸较大。
• SRAM 主要用于高速数据访问很重要的数字系统。例如，它用作微处理器和微控制器中的 CPU 缓存、高速缓冲器和寄存器。
• SRAM 相对更昂贵。这主要是因为其存储密度较低且制造成本较高。

动态 RAM (DRAM)

与 SRAM 不同，DRAM 必须不断刷新才能维护数据。这是通过将内存放在刷新电路上来实现的，该电路每秒重写数据数百次。 DRAM 因价格低廉、体积小而被用作大多数系统内存。

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)的重要特性如下所列 −

• 由于 DRAM 也是一种随机存取存储器，因此它也是易失性存储器，因此需要连续的电源来保留其存储的数据。当电源关闭时，存储在 DRAM 中的数据会丢失。
• 在 DRAM 中，存储单元由电容器和晶体管组成。每个存储单元都可以以电容器中的电荷形式存储 1 位数据。
• 在 DRAM 中，为了防止由于电容器泄漏而丢失存储的数据，需要刷新电路进行定期刷新循环。这是在 DRAM 中使用术语"动态"的主要原因。
• 对于 DRAM，访问时间通常以纳秒 (ns) 为单位。DRAM 比 SRAM 便宜。

这就是关于 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称为 ROM 的存储设备。

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此类存储器中。

ROM 存储在首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，还用于洗衣机和微波炉等其他电子产品。

ROM 的类型

以下是一些重要的只读存储器 (ROM) 类型 −

• MROM
• PROM
• EPROM
• EEPROM

让我们详细讨论这些不同类型的 ROM 及其重要特征。

MROM (Masked ROM)

最早的 ROM 是硬连线设备，其中包含一组预编程的数据或指令。这些类型的 ROM 称为 Masked ROM。它是廉价的 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，其数据在以后无法修改或更改。

MROM 的特性

以下是 MROM 的一些重要特性 −

• MROM 是非易失性存储器。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、引导加载程序代码以及系统操作所必需的其他系统数据。
• 在 MROM 中，数据和程序是在制造过程中写入的。一旦编程完成，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，它是只读存储器。因此，它支持只读操作。
• 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，这意味着一旦对其进行编程，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。用户购买空白 PROM 并使用 PROM 编程器输入所需内容。

在 PROM 芯片内部，有小保险丝，在编程过程中会烧断。它只能编程一次，不可擦除。

PROM 的特点

以下是可编程只读存储器的重要特性 −

• 当电源关闭时，PROM 也会保留其存储的数据。
• PROM 是一种可编程存储器，但用户只能对其进行一次编程。之后，其存储的数据就无法更改、删除或重写。
• 在 PROM 中，存储单元采用基于保险丝的技术制成，其中存储数据需要熔断微小的保险丝。
• PROM 也是一种只读存储器，因此它仅支持读取操作。
• 与 MROM 一样，PROM 也提供有限的灵活性，因为一旦对数据进行编程，就无法更改或擦除。

EPROM(可擦除可编程只读存储器)

将 EPROM 暴露在紫外线下长达 40 分钟即可擦除。通常，EPROM 擦除器可实现此功能。

在编程过程中，电荷被捕获在绝缘栅区域中。由于电荷没有泄漏路径，因此可以保留十多年。为了擦除该电荷，紫外线会穿过石英晶体窗口(盖子)。这种紫外线照射会消散电荷。在正常使用过程中，石英盖用贴纸密封。

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 也能永久存储数据。
• EPROM 是一种电可编程存储器。因此，可以通过向其写入电路施加特定电压水平来对其进行编程。
• 通过将 EPROM 暴露在紫外线下约 20 到 30 分钟，可以多次擦除 EPROM。然后，可以再次对其进行重新编程。
• 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而提供的。
• EPROM 提供高存储密度。因此，它可以在相对较小的物理空间中保存大量数据。
• EPROM 的写入速度较慢，这会影响系统的整体性能。

EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)

EEPROM 是电编程和擦除的。它可以被擦除和重新编程约一万次。擦除和编程大约需要 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

电可擦除可编程只读存储器的重要特性如下所示 −

• 作为 ROM，EEPROM 可永久存储数据。
• EEPROM 可以电擦除和重新编程，并且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 消耗的电量非常少。因此，它更适合用于注重能源效率的电池供电设备。
• EEPROM 是一种经济高效的只读存储器设备，设计用于现代数字系统。

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。