存儲器的工作原理介紹

在計算機硬件中，用于儲存統計數據和命令等的記憶力構件，稱為存儲器。存儲器是由一些編號的單元所組成。單元的編號叫做地址。計算機對存儲器的要求是：一要存取速度快，二要存儲容量大。那么存儲器的工作過程是如何的呢?下面一起來看看：

1.存儲器概念

存儲器(Memory)是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備。其概念很廣，有很多層次，在數字系統中，只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;在集成電路中，一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器，如RAM、FIFO等;在系統中，具有實物形式的存儲設備也叫存儲器，如內存條、TF卡等。

計算機中全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存)，也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光盤等，能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來存放當前正在執行的數據和程序，但僅用于暫時存放程序和數據，關閉電源或斷電，數據會丟失。

圖1存儲器

2.存儲單元

構成存儲器的存儲介質，存儲單元，它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元，然后再由許多存儲單元組成一個存儲器。一個存儲器包含許多存儲單元，每個存儲單元可存放一個字節(按字節編址)。每個存儲單元的位置都有一個編號，即地址，一般用十六進制表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。假設一個存儲器的地址碼由20位二進制數(即5位十六進制數)組成，則可表示2的20次方，即1M個存儲單元地址。每個存儲單元存放一個字節，則該存儲器的存儲容量為1MB。

圖2存儲器外形

3.功能特點

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數據，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數據的存取。存儲器是具有“記憶”功能的設備，它采用具有兩種穩定狀態的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。

每個單元的數據(或指令)平常不改變，但當輸入另一個數據(或指令)時，則原來的數據(或指令)就消失，而存入了新的數據(或指令)。一個數據(或指令)送出時，單元內還保留原狀。當一個數據(或指令)要從存儲器內取出或送入時，控制器要先給出一條命令，從命令發出的時刻到數據(或指令)取出或送入存儲器的時刻，需要一段時間，這段時間叫做存取時間，也叫做存取周期。存儲器的存儲量和存取周期是兩個重要參數。

圖3存儲芯片

4.工作原理

這里只介紹動態存儲器(DRAM)的工作原理。動態存儲器每片只有一條輸入數據線，而地址引腳只有8條。為了形成64K地址，必須在系統地址總線和芯片地址引線之間專門設計一個地址形成電路。使系統地址總線信號能分時地加到8個地址的引腳上，借助芯片內部的行鎖存器、列鎖存器和譯碼電路選定芯片內的存儲單元，鎖存信號也靠著外部地址電路產生。

當要從DRAM芯片中讀出數據時，CPU首先將行地址加在A0-A7上，而后送出RAS鎖存信號，該信號的下降沿將地址鎖存在芯片內部。接著將列地址加到芯片的A0-A7上，再送CAS鎖存信號，也是在信號的下降沿將列地址鎖存在芯片內部。然后保持WE=1，則在CAS有效期間數據輸出并保持。

當需要把數據寫入芯片時，行列地址先后將RAS和CAS鎖存在芯片內部，然后，WE有效，加上要寫入的數據，則將該數據寫入選中的存貯單元。

由于電容不可能長期保持電荷不變，必須定時對動態存儲電路的各存儲單元執行重讀操作，以保持電荷穩定，這個過程稱為動態存儲器刷新。PC/XT機中DRAM的刷新是利用DMA實現的。首先應用可編程定時器8253的計數器1，每隔1⒌12μs產生一次DMA請求，該請求加在DMA控制器的0通道上。當DMA控制器0通道的請求得到響應時，DMA控制器送出到刷新地址信號，對動態存儲器執行讀操作，每讀一次刷新一行。

圖4各種存儲器

5.性能指標

1.存儲容量：指它可存儲的信息的字節數或比特數，通常用以下格式來表示：

存儲字數(單元數)×存儲字長(每單元的比特數)

例如：

1Mb=1M×1bit=128k×8bit=256k×4bit=1M位

1MB=1M×8bit=1M字節

2.存取時間(訪問時間)TA：從存儲器接收到讀/寫命令到信息被讀出或寫入完成所需的時間(決定于存儲介質的物理特性和尋址部件的結構)。

例如：

ROM存取時間通常為幾百ns;

RAM存取時間通常為幾十ns到一百多ns;

雙極性RAM存取時間通常為10～20ns。

3.存儲周期TM：指在存儲器連續讀/寫過程中一次完整的存取操作所需的時間或者說是CPU連續兩次訪問存儲器的最小時間間隔。

(有些存儲器在完成讀/寫操作后還有一些附加動作時間或恢復時間，例如刷新或重寫時)TM略大于TA。

4.可靠性：平均故障時間間隔時間(MTBF)，即兩次故障之間的平均時間間隔。

EPROM重寫次數在數千到10萬次之間;

ROM數據保存時限是20年到100多年。

5.性能價格比：存儲器的性能包括以上幾個方面，但是成本也占有很大的比重。因此，常以性能價格比來衡量，即高性能，低價格。

本文介紹了存儲器的概念、存儲單元、功能特點以及工作原理。由于存儲器的類型將決定整個嵌入式系統的操作和性能，所以存儲器的選擇是一個非常重要的決策。無論系統是采用電池供電還是由市電供電，應用需求將決定存儲器的類型(易失性或非易失性)以及使用目的(存儲代碼、數據或者兩者兼有)。另外，在選擇過程中，存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。

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