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存儲(chǔ)器
定義及基本功能[ ]
存儲(chǔ)器（即Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中，它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才有記憶功能，才能保證正常工作。
相關(guān)概述[ ]
- 存儲(chǔ)器是具有“記憶”功能的設(shè)備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來(lái)存儲(chǔ)信息。這些器件也稱為記憶元件，在計(jì)算機(jī)中采用只有兩個(gè)數(shù)碼“0”和“1”的二進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進(jìn)制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進(jìn)制數(shù)才能存入存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)中處理的各種字符，例如英文字母、運(yùn)算符號(hào)等，也要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼才能存儲(chǔ)和操作。
- 存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位就是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路或一個(gè)CMOS晶體管或磁性材料的存儲(chǔ)元，它可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制代碼。由若干個(gè)存儲(chǔ)元組成一個(gè)存儲(chǔ)單元，然后再由許多存儲(chǔ)單元組成一個(gè)存儲(chǔ)器。一個(gè)存儲(chǔ)器包含許多存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)字節(jié)（按字節(jié)編址）。每個(gè)存儲(chǔ)單元的位置都有一個(gè)編號(hào)，即地址，一般用十六進(jìn)制表示。一個(gè)存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元可存放數(shù)據(jù)的總和稱為它的存儲(chǔ)容量。
分類[ ]
按存儲(chǔ)介質(zhì)分[ ]
- 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：用半導(dǎo)體器件組成的存儲(chǔ)器。
- 磁表面存儲(chǔ)器：用磁性材料做成的存儲(chǔ)器。
按存儲(chǔ)方式分[ ]
- 隨機(jī)存儲(chǔ)器：任何存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取，且存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置無(wú)關(guān)。
- 順序存儲(chǔ)器：只能按某種順序來(lái)存取，存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置有關(guān)。
按存儲(chǔ)器的讀寫功能分[ ]
- 只讀存儲(chǔ)器(ROM)：存儲(chǔ)的內(nèi)容是固定不變的，只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
- 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器(RAM)：既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。
按信息的可保存性分[ ]
- 非永久記憶的存儲(chǔ)器：斷電后信息即消失的存儲(chǔ)器。
- 永久記憶性存儲(chǔ)器：斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器。
按存儲(chǔ)器用途分[ ]
根據(jù)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用，可分為主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器、控制存儲(chǔ)器等。
選擇存儲(chǔ)器時(shí)遵循的基本原則[ ]
- 內(nèi)部存儲(chǔ)器與外部存儲(chǔ)器
一般情況下，當(dāng)確定了存儲(chǔ)程序代碼和數(shù)據(jù)所需要的存儲(chǔ)空間之后，設(shè)計(jì)工程師將決定是采用內(nèi)部存儲(chǔ)器還是外部存儲(chǔ)器。通常情況下，內(nèi)部存儲(chǔ)器的性價(jià)比最高但靈活性最低，因此設(shè)計(jì)工程師必須確定對(duì)存儲(chǔ)的需求將來(lái)是否會(huì)增長(zhǎng)，以及是否有某種途徑可以升級(jí)到代碼空間更大的微控制器。基于成本考慮，人們通常選擇能滿足應(yīng)用要求的存儲(chǔ)器容量最小的微控制器，因此在預(yù)測(cè)代碼規(guī)模的時(shí)候要必須特別小心，因?yàn)榇a規(guī)模增大可能要求更換微控制器。
- 引導(dǎo)存儲(chǔ)器
在較大的微控制器系統(tǒng)或基于處理器的系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)工程師可以利用引導(dǎo)代碼進(jìn)行初始化。應(yīng)用本身通常決定了是否需要引導(dǎo)代碼，以及是否需要專門的引導(dǎo)存儲(chǔ)器。例如，如果沒(méi)有外部的尋址總線或串行引導(dǎo)接口，通常使用內(nèi)部存儲(chǔ)器，而不需要專門的引導(dǎo)器件。但在一些沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，初始化是操作代碼的一部分，因此所有代碼都將駐留在同一個(gè)外部程序存儲(chǔ)器中。某些微控制器既有內(nèi)部存儲(chǔ)器也有外部尋址總線，在這種情況下，引導(dǎo)代碼將駐留在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，而操作代碼在外部存儲(chǔ)器中。這很可能是最安全的方法，因?yàn)楦淖儾僮鞔a時(shí)不會(huì)出現(xiàn)意外地修改引導(dǎo)代碼。
- 配置存儲(chǔ)器
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA）或片上系統(tǒng)(SoC)，人們使用存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)配置信息。這種存儲(chǔ)器必須是非易失性EPROM、EEPROM或閃存。大多數(shù)情況下，F(xiàn)PGA采用SPI接口，但一些較老的器件仍采用FPGA串行接口。串行EEPROM或閃存器件最為常用，EPROM用得較少。
- 程序存儲(chǔ)器
所有帶處理器的系統(tǒng)都采用程序存儲(chǔ)器，但設(shè)計(jì)工程師必須決定這個(gè)存儲(chǔ)器是位于處理器內(nèi)部還是外部。在做出了這個(gè)決策之后，設(shè)計(jì)工程師才能進(jìn)一步確定存儲(chǔ)器的容量和類型。當(dāng)然有的時(shí)候，微控制器既有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器也有外部尋址總線，此時(shí)設(shè)計(jì)工程師可以選擇使用它們當(dāng)中的任何一個(gè)，或者兩者都使用。這就是為什么為某個(gè)應(yīng)用選擇最佳存儲(chǔ)器的問(wèn)題，常常由于微控制器的選擇變得復(fù)雜起來(lái)，以及為什么改變存儲(chǔ)器的規(guī)模也將導(dǎo)致改變微控制器的選擇的原因。
- 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
與程序存儲(chǔ)器類似，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以位于微控制器內(nèi)部，或者是外部器件，但這兩種情況存在一些差別。有時(shí)微控制器內(nèi)部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但有時(shí)不包含內(nèi)部EEPROM，在這種情況下，當(dāng)需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)計(jì)工程師可以選擇外部的串行EEPROM或串行閃存器件。當(dāng)然，也可以使用并行EEPROM或閃存，但通常它們只被用作程序存儲(chǔ)器。
- 易失性和非易失性存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器可分成易失性存儲(chǔ)器或者非易失性存儲(chǔ)器，前者在斷電后將丟失數(shù)據(jù)，而后者在斷電后仍可保持?jǐn)?shù)據(jù)。設(shè)計(jì)工程師有時(shí)將易失性存儲(chǔ)器與后備電池一起使用，使其表現(xiàn)猶如非易失性器件，但這可能比簡(jiǎn)單地使用非易失性存儲(chǔ)器更加昂貴。然而，對(duì)要求存儲(chǔ)器容量非常大的系統(tǒng)而言，帶有后備電池的DRAM可能是滿足設(shè)計(jì)要求且性價(jià)比很高的一種方法。
- 串行存儲(chǔ)器和并行存儲(chǔ)器
在定義了應(yīng)用系統(tǒng)之后，微控制器的選擇是決定選擇串行或并行存儲(chǔ)器的一個(gè)因素。對(duì)于較大的應(yīng)用系統(tǒng)，微控制器通常沒(méi)有足夠大的內(nèi)部存儲(chǔ)器，這時(shí)必須使用外部存儲(chǔ)器，因?yàn)橥獠繉ぶ房偩€通常是并行的，外部的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也將是并行的。較小的應(yīng)用系統(tǒng)通常使用帶有內(nèi)部存儲(chǔ)器但沒(méi)有外部地址總線的微控制器。如果需要額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，外部串行存儲(chǔ)器件是最佳選擇。
- EEPROM與閃存
存儲(chǔ)器技術(shù)的成熟使得RAM和ROM之間的界限變得很模糊，如今有一些類型的存儲(chǔ)器(如EEPROM和閃存)組合了兩者的特性。這些器件像RAM一樣進(jìn)行讀寫，并像ROM一樣在斷電時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)，它們都可電擦除且可編程，但各自有它們優(yōu)缺點(diǎn)。從軟件角度看，獨(dú)立的EEPROM和閃存器件是類似的，兩者主要差別是EEPROM器件可以逐字節(jié)地修改，而閃存器件只支持扇區(qū)擦除以及對(duì)被擦除單元的字、頁(yè)或扇區(qū)進(jìn)行編程。對(duì)閃存的重新編程還需要使用SRAM，因此它要求更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)有更多的器件在工作，從而需要消耗更多的電池能量。
- EEPROM與FRAM
EEPROM和FRAM的設(shè)計(jì)參數(shù)類似，但FRAM的可讀寫次數(shù)非常高且寫入速度較快。然而通常情況下，用戶仍會(huì)選擇EEPROM而不是FRAM，其主要原因是成本(FRAM較為昂貴)、質(zhì)量水平和供貨情況。設(shè)計(jì)工程師常常使用成本較低的串行EEPROM，除非耐久性或速度是強(qiáng)制性的系統(tǒng)要求。