寄存器与ROM与RAM

内存地址

内存地址的确定

• 现代计算机通常是按照字节编制，每个字节对应1个地址。

• 通过编码器和译码器完成对内存单元的编号

• 所以说内存地址其实是逻辑意义上的内存编号。
  

• 每块内存分配地址的范围
  

内存与外存

好比在一个书房，存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存，我们工作的办公桌相当于内存。

内存

内存：内存又称主存，计算机中的程序的运行都是在内存中进行的，只要计算机在运行，计算机CPU就会把需要的计算数据调到内存中进行运算。

• 范围
  通常内存分为随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、高速缓存（CACHE）。

外存

硬盘：从计算机的结构体系来讲，硬盘应该算是计算机的“外存”。
内存和硬盘的主要区别，主要为以下三点：
1、内存是计算机运行的场所，硬盘用来存放暂时不用的信息；
2、内存是半导体材料制成的，硬盘是磁性材料制成的；
3、内存中的信息会随掉电消失，硬盘中的信息可以长久保存。
4、硬盘中的信息只有装入内存后才能被处理。

寄存器

寄存器的结构

o 寄存器就是几个边沿触发器的集合。

o 对寄存器编程可以将其看成是一个个的开关，我们要用到哪个输入模式，就闭合哪个开关。

o 具体的操作就是对某一位的寄存器写1，如1 0 0 0

寄存器有没有地址

CPU的寄存器都是一些特殊值，如R0,R1，它是没有地址的。
所以register关键字和取地址运算符&是八字不合的。

最快的读写速度

• 寄存器和缓存是在CPU中的，由CPU直接存取，没有中间步骤，所以最快。
• 寄存器是CPU用来暂存指令、数据和地址的电脑存储器。随着寄存器的增大，价钱会成倍的增长。

按照工作原理分类

按照工作原理可以分为ROM,RAM和cache

ROM

• Read only memory只读存储器，断电后存储的数据不会消失。
o 只能读不能写，初代时一般在装机前由厂家写入，用完就报废。
o 数据稳定，读写没RAM快。
• BISO
o Basic input output system基本输入输出系统，只能读不能写，1975
o 里面主要是启动时的一些加载项

PROM

o 可编程只读存储器，写入后数据无法更改，厂商来写
o 用的是熔丝技术，每一位数据由熔丝的状态决定。熔断代表0，反之代表1

EPROM

o Erasable programmable ROM 可擦除可编程只读存储器
o 用高压写入数据，用紫外线擦除，需要专用的装置擦写

OTPROM

o One time programmable ROM一次编程只读存储器
o 在EPROM的基础上，不设置擦写窗，做一次性使用

EEPROM

o E方普ROM，electrically erasable programmable ROM电可擦除可编程只读存储器。
o 微芯公司生产，256K数据(B K M G T单位代换)
o 写和擦的方式都是高压电场。高压用电荷泵电路产生。

o 比如遥控器的用户设置的信息就存放在E方普ROM中。

Flash闪存

• 闪存，本质上属于E方普ROM(EEPROM)，通过电擦除写入。当然最流行的只读存储器！

• Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM(Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。
• 1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。

o 浮栅晶体管，存储原理类似于MOS管

o 栅极上电后少子进入浮栅层，下电后由于遂穿层的存在，回不去了。达到长久存储的目的。如果要释放电子，需要给栅极加上负电压。这就是flash存储一位数据的原理。
o 遂穿层本质上也是绝缘体，不过在通电的时候会导通。
o 读数据也很简单，栅极加一个低压，如果存储了电子，电子会有排斥作用，所以不会有SD的电流。如果没有存储电子，晶体管导通。

NOR flash

o NOR flash 将晶体管并联在了一起，它的每一位都可以被寻址

NAND flash

o SSD固态硬盘、U盘、存储卡都属于NAND flash

o NAND flash就是将晶体管串联在了一起，电路更简单，可以更大容量的集成。

应用

• 大部分的BIOS程序存储在flash ROM中。
• U盘
• 固态硬盘SSD
• 存储卡

两种flash区别

坏块的管理

NAND Flash在出厂时就有一定的坏块，而且是随机分布，这是由NANDFlash的工艺造成的，它产生的原因是解码失败、地址线错误和存储单元等，当区块超出擦写次数时也很容易变成坏块。
以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。所以，NAND Flash被允许在出厂时有很少量的坏块。

当区块变成坏块，则不可以对其进行擦写和写操作，相当于这部分资源报废了。但坏块和好块之间是相互独立的，这是由于他们被一个选定的晶体管把位线和指令线分开。

NOR flash也有坏块，不过相对来说比较少，它在内部通常会通过循环冗余比特校验或者纠错码来进行管理。

坏块儿的检测机制如下。

位翻转

2、其次，NAND Flash在应用中会出现位翻转错误(bit failture)。虽然概率很低，大约每100亿次写操作才会出现一次，但是对于用作系统根文件系统的存储设备，这种错误是绝对不允许的。因为这种错误万一发生在系统配置文件上，则会影响系统的运行。但是作为流媒体文件的存储器，位翻转的问题并不大。

应用接口

3、最后，NAND Flash和NORFlash在应用接口上有着本质的区别，NAND Flash是I/O方式，NOR Flash是总线方式，这是它们除了价格以外最主要的差别。

RAM

• Random access memory随机存取存储器
o 断电后存储的数据会消失。
o 但存取速度要远远大于ROM
内存条就是将RAM集中在一起的小电路板！它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。
目前市场上常见的内存条有4G,8G,16G,32G等。
但内存条是DRAM，SRAM同容量比DRAM需要非常多的晶体管，发热量也非常大。因此SRAM难以成为大容量的主存储器。

SRAM

o Static RAM静态随机存取存储器
o CPU的L1与L2缓存就是SRAM

• Cache(高速缓冲存储器)也就是一级缓存(L1 Cache）、二级缓存(L2 Cache）、三级缓存(L3 Cache）这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存条更快的存储器。
  o 造价昂贵
  它属于RAM，但不是内存条的一部分。
  高速缓冲区是CPU自带的。
  与高速缓存相比，内存条只是下一级的低速缓存。
  SRAM是目前读写最快的内存！
  

o 信息存储靠的是门电路，使用的晶体管多，但是非常快，不能大量集成。

当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。
当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。

DRAM

o Dynamic random access memory 动态随机存取存储器，就是我们的内存条！注意RAM，ROM和高速缓存广义上都属于内存！

o 电脑上的内存条就是DRAM
o 靠电容存储信息，所以需要不断给电容充放电，速度就慢

o 如果给G一个高电平，mos导通，电容充电为1，反之为0

o 读取数据，只要读取电容的电平。但是电容有漏电流，一段时间就漏完了，需要不断给电容刷新充电，断电不能恢复。

PSRAM

PSRAM全称Pseudo static random access memory，指的是伪静态随机存储器。

• PSRAM就是伪SRAM，内部跟SDRAM的颗粒相似，但外部的接口跟SDRAM不同，不需要SDRAM那样复杂的控制器和刷新机制，PSRAM的接口跟SRAM的接口是一样的。
• PSRAM的内核是DRAM架构，1T1C，即1个晶体管一个电容。传统SRAM为6T，即6个晶体管。所以PSRAM可以实现较大的存储容量和更小的体积。

容量

• PSRAM容量有4Mb,8Mbit,16Mbit,32Mbit,64Mbit,128Mbit等等，容量没有SDRAM那样密度高，但肯定是比SRAM的容量要高很多的，速度支持突发模式，并不是很慢，Hynix，Fidelix,Coremagic, WINBOND .MICRON. CY 等厂家都有供应，价格只比相同容量的SDRAM稍贵一点点，比SRAM便宜很多。

主要应用

• PSRAM主要应用于手机，电子词典，掌上电脑，PDA,PMP,MP3/4,GPS接收器等消费电子产品。

• 目前智能手机基本采用256MB以上的PSRAM，很多采用512MB。比较于SDRAM,PSRAM的功耗要低很多。所以对于要求有一定缓存容量的很多便携式产品是一个理想的选择。

内存技术标准分类

SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM