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第三課 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
第三課 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器
 更新時(shí)間:2008-7-27 16:13:00  點(diǎn)擊數(shù):2
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幾個(gè)基本概念
  
數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象。
  我們知道,計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,這可令我們非常的難以理解,計(jì)算機(jī)嗎,我們雖不了解它的組成,但它總只是一些電子元器件,怎么可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算呢?我們做數(shù)學(xué)題如37+45是這樣做的,先在紙上寫37,然后在下面寫45,然后大腦運(yùn)算,最后寫出結(jié)果,運(yùn)算的原材料:37、45和結(jié)果:82都是寫在紙上的,計(jì)算機(jī)中又是放在什么地方呢?為了解決這個(gè)問題,先讓我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn): 這里有一盞燈,我們知道燈要么亮,要么不亮,就有兩種狀態(tài),我們可以用’0’和’1’來代替這兩種狀態(tài),規(guī)定亮為’1’,不亮為’0’,F(xiàn)在放上兩盞燈,一共有幾種狀態(tài)呢?我們列表來看一下:

    狀態(tài)

     

        

    表達(dá)

    0   0

    0   1

    1   0

    1   1

  請(qǐng)大家自已寫上3盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111我們來看,這個(gè)000,001,101 不就是我們學(xué)過的的二進(jìn)制數(shù)嗎?本來,燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象,可當(dāng)我們把它們按一按的順序排更好后,燈的亮和滅就代表了數(shù)字了。讓我們?cè)俪橄笠徊,燈為什么?huì)亮呢?看電路1,是因?yàn)檩敵鲭娐份敵龈唠娖,給燈通了電。因此,燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來替代了。這樣,數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。(請(qǐng)想一下,我們還看到過什么樣的類似的例子呢?(海軍之)燈語、旗語,電報(bào),甚至紅、綠燈)
  位的含義:
  通過上面的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)知道:一盞燈亮或者說一根線的電平的高低,可以代表兩種狀態(tài):0和1。實(shí)際上這就是一個(gè)二進(jìn)制位,因此我們就把一根線稱之為一“位”,用BIT表示。
  字節(jié)的含義:
  一根線可以表于0和1,兩根線可以表達(dá)00,01,10,11四種狀態(tài),也就是可以表于0到3,而三根可以表達(dá)0-7,計(jì)算機(jī)中通常用8根線放在一起,同時(shí)計(jì)數(shù),就可以表過到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線或者8位就稱之為一個(gè)字節(jié)(BYTE)。不要問我為什么是8根而不是其它數(shù),因?yàn)槲乙膊恢馈#ㄓ?jì)算機(jī)世界是一個(gè)人造的世界,不是自然界,很多事情你無法問為什么,只能說:它是一種規(guī)定,大家在以后的學(xué)習(xí)過程中也要注意這個(gè)問題)
  存儲(chǔ)器的工作原理:
  1、存儲(chǔ)器構(gòu)造 存儲(chǔ)器就是用來存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來存放數(shù)據(jù)的,也就是說,它存放的實(shí)際上是電平的高、低,而不是我們所習(xí)慣認(rèn)為的1234這樣的數(shù)字,這樣,我們的一個(gè)謎團(tuán)就解開了,計(jì)算機(jī)也沒什么神秘的嗎。

          
             圖2

     

     


            圖3

  讓我們看圖2。這是一個(gè)存儲(chǔ)器的示意圖:一個(gè)存儲(chǔ)器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜,一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子,每個(gè)小格子就是用來存放“電荷”的,電荷通過與它相連的電線傳進(jìn)來或釋放掉,至于電荷在小格子里是怎樣存的,就不用我們操心了,你可以把電線想象成水管,小格子里的電荷就象是水,那就好理解了。存儲(chǔ)器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數(shù)據(jù)的地方,我們稱之為一個(gè)“單元”。 有了這么一個(gè)構(gòu)造,我們就可以開始存放數(shù)據(jù)了,想要放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)12,也就是00001100,我們只要把第二號(hào)和第三號(hào)小格子里存滿電荷,而其它小格子里的電荷給放掉就行了(看圖3)?墒菃栴}出來了,看圖2,一個(gè)存儲(chǔ)器有好多單元,線是并聯(lián)的,在放入電荷的時(shí)候,會(huì)將電荷放入所有的單元中,而釋放電荷的時(shí)候,會(huì)把每個(gè)單元中的電荷都放掉,這樣的話,不管存儲(chǔ)器有多少個(gè)單元,都只能放同一個(gè)數(shù),這當(dāng)然不是我們所希望的,因此,要在結(jié)構(gòu)上稍作變化,看圖2,在每個(gè)單元上有個(gè)控制線,我想要把數(shù)據(jù)放進(jìn)哪個(gè)單元,就給一個(gè)信號(hào)這個(gè)單元的控制線,這個(gè)控制線就把開關(guān)打開,這樣電荷就可以自由流動(dòng)了,而其它單元控制線上沒有信號(hào),所以開關(guān)不打開,不會(huì)受到影響,這樣,只要控制不同單元的控制線,就可以向各單元寫入不同的數(shù)據(jù)了,同樣,如果要某個(gè)單元中取數(shù)據(jù),也只要打開相應(yīng)的控制開關(guān)就行了。 2、存儲(chǔ)器譯碼 那么,我們?cè)鯓觼砜刂聘鱾(gè)單元的控制線呢?這個(gè)還不簡(jiǎn)單,把每個(gè)單元元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎?事情可沒那么簡(jiǎn)單,一片27512存儲(chǔ)器中有65536個(gè)單元,把每根線都引出來,這個(gè)集成電路就得有6萬多個(gè)腳?不行,怎么辦?要想法減少線的數(shù)量。 我們有一種方法稱這為譯碼,簡(jiǎn)單介紹一下:一根線可以代表2種狀態(tài),2根線可以代表4種狀態(tài),3根線可以代表幾種,256種狀態(tài)又需要幾根線代表?8種,8根線,所以65536種狀態(tài)我們只需要16根線就可以代表了。

                圖3
  存儲(chǔ)器的選片及總線的概念 至此,譯碼的問題解決了,讓我們?cè)賮黻P(guān)注另外一個(gè)問題。送入每個(gè)單元的八根線是用從什么地方來的呢?它就是從計(jì)算機(jī)上接過來的,一般地,這八根線除了接一個(gè)存儲(chǔ)器之外,還要接其它的器件,如圖4所示。這樣問題就出來了,這八根線既然不是存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)之間專用的,如果總是將某個(gè)單元接在這八根線上,就不好了,比如這個(gè)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)值是0FFH另一個(gè)存儲(chǔ)器的單元是00H,那么這根線到底是處于高電平,還是低電平?豈非要打架看誰歷害了?所以我們要讓它們分離。辦法當(dāng)然很簡(jiǎn)單,當(dāng)外面的線接到集成電路的引腳進(jìn)來后,不直接接到各單元去,中間再加一組開關(guān)(參考圖4)就行了。平時(shí)我們讓開關(guān)打開著,如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù),或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù),再讓開關(guān)接通就行了。這組開關(guān)由三根引線選擇:讀控制端、寫控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫入片中,先選中該片,然后發(fā)出寫信號(hào),開關(guān)就合上了,并將傳過來的數(shù)據(jù)(電荷)寫入片中。如果要讀,先選中該片,然后發(fā)出讀信號(hào),開關(guān)合上,數(shù)據(jù)就被送出去了。注意圖4,讀和寫信號(hào)同時(shí)還接入到另一個(gè)存儲(chǔ)器,但是由于片選端不同,所以雖有讀或?qū)懶盘?hào),但沒有片選信號(hào),所以另一個(gè)存儲(chǔ)器不會(huì)“誤會(huì)”而開門,造成沖突。那么會(huì)不同時(shí)選中兩片芯片呢?只要是設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)就不會(huì),因?yàn)樗怯捎?jì)算控制的,而不是我們?nèi)藖砜刂频,如果真的出現(xiàn)同時(shí)出現(xiàn)選中兩片的情況,那就是電路出了故障了,這不在我們的討論之列。 從上面的介紹中我們已經(jīng)看到,用來傳遞數(shù)據(jù)的八根線并不是專用的,而是很多器件大家共用的,所以我們稱之為數(shù)據(jù)總線,總線英文名為BUS,總即公交車道,誰者可以走。而十六根地址線也是連在一起的,稱之為地址總線。
  半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類
  按功能可以分為只讀和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器兩大類。所謂只讀,從字面上理解就是只可以從里面讀,不能寫進(jìn)去,它類似于我們的書本,發(fā)到我們手回之后,我們只能讀里面的內(nèi)容,不可以隨意更改書本上的內(nèi)容。只讀存儲(chǔ)器的英文縮寫為ROM(READ ONLY MEMORY) 所謂隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,即隨時(shí)可以改寫,也可以讀出里面的數(shù)據(jù),它類似于我們的黑板,我可以隨時(shí)寫東西上去,也可以用黑板擦擦掉重寫。隨機(jī)存儲(chǔ)器的英文縮寫為RAM(READ RANDOM MEMORY)這兩種存儲(chǔ)器的英文縮寫一定要記牢。 注意:所謂的只讀和隨機(jī)存取都是指在正常工作情況下而言,也就是在使用這塊存儲(chǔ)器的時(shí)候,而不是指制造這塊芯片的時(shí)候。否則,只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)是怎么來的呢?其實(shí)這個(gè)道理也很好理解,書本拿到我們手里是不能改了,可以當(dāng)它還是原材料——白紙的時(shí)候,當(dāng)然可以由印刷廠印上去了。順便解釋一下其它幾個(gè)常見的概念。PROM,稱之為可編程存儲(chǔ)器。這就象我們的練習(xí)本,買來的時(shí)候是空白的,可以寫東西上去,可一旦寫上去,就擦不掉了,所以它只能用寫一次,要是寫錯(cuò)了,就報(bào)銷了。EPROM,稱之為紫外線擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器。它里面的內(nèi)容寫上去之后,如果覺得不滿意,可以用一種特殊的方法去掉后重寫,這就是用紫外線照射,紫外線就象“消字靈”,可以把字去掉,然后再重寫。當(dāng)然消的次數(shù)多了,也就不靈光了,所以這種芯片可以擦除的次數(shù)也是有限的——幾百次吧。FLASH,稱之為閃速存儲(chǔ)器,它和EPROM類似,寫上去的東西也可以擦掉重寫,但它要方便一些,不需要光照了,只要用電學(xué)方法就可以擦除,所以就方便許多,而且壽面也很長(zhǎng)(幾萬到幾十萬次不等)。 再次強(qiáng)調(diào),這里的所有的寫都不是指在正常工作條件下。不管是PROM、EPROM還是FLASH ROM,它們的寫都要有特殊的條件,一般我們用一種稱之為“編程器”的設(shè)備來做這項(xiàng)工作,一旦把它裝到它的工作位置,就不能隨便改寫了。

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