第三章存储系统2课件

1、计算机指令的存取时间主要取决于内存。计算机指令的存取时间主要取决于内存。对于现今的大多数计算机系统，内存的对于现今的大多数计算机系统，内存的存取时间都是一个主要的制约系统性能存取时间都是一个主要的制约系统性能提高的因素。因此在判断某一系统的性提高的因素。因此在判断某一系统的性能时，就不能单凭内存数量的大小，还能时，就不能单凭内存数量的大小，还要看一看其所用内存的种类，工作速度。要看一看其所用内存的种类，工作速度。 ROM：只读存储器：只读存储器 RAM（Random Access Memory）：随机存储器）：随机存储器DRAM（Dynamic RAM）：动态随机存储器）：动态随机存储器PM

2、RAM（Page Mode RAM）：页模式随机存储器）：页模式随机存储器（即普通内存）（即普通内存） FPM RAM（Fast Page Mode RAM）：快速页模式随）：快速页模式随机存储器机存储器 EDO RAM（Extended Data Output RAM）扩充数据）扩充数据输出随机存储器输出随机存储器 BEDO RAM（Burst Extended Data Output RAM）：）：突发扩充数据输出随机存储器突发扩充数据输出随机存储器 SDRAM（Sychronous Dynamic RAM）：）：同步动态随机存储器同步动态随机存储器 SRAM（Static RAM）：静态

3、随机存储器）：静态随机存储器 Async SRAM（Asynchronous Static RAM）：异步静态）：异步静态随机存储器随机存储器 Sync Burst SRAM（Synchronous Burst Stacic RAM）：）：同步突发静态随机存储器同步突发静态随机存储器 PB SRAM（Pipelined Burst SRAM）：管道（流水线）：管道（流水线）突发静态随机存储器突发静态随机存储器 Cache：高速缓存：高速缓存 L2 Cache（Level 2 Cache）：二级高速缓存（通常由）：二级高速缓存（通常由SRAM组成）组成） VRAM（Video RAM）：视频随机

4、存储器）：视频随机存储器 CVRAM（Cached Vedio RAM）：缓存型视频随机存储）：缓存型视频随机存储器器 SVRAM（Synchronous VRAM）：同步视频随机存储器）：同步视频随机存储器CDRAM（Cached DRAM）：缓存型动态随机存储器）：缓存型动态随机存储器 EDRAM（Enhanced DRAM）：增强型动态随机存储器）：增强型动态随机存储器 1、FPM DRAM 快速页模式动态存储器快速页模式动态存储器，它是根据，它是根据程序程序的局部性原理的局部性原理来实现的。读周期和写周来实现的。读周期和写周期中，为了寻找一个确定的存储单元地期中，为了寻找一个确定的存储

5、单元地址，首先由低电平的行选通信号址，首先由低电平的行选通信号RAS确确定行地址，然后由低电平的列选信号定行地址，然后由低电平的列选信号CAS确定列地址。下一次寻找操作，也确定列地址。下一次寻找操作，也是由是由RAS选定行地址，选定行地址，CAS选定列地址，选定列地址，依此类推。依此类推。 这里的所谓这里的所谓“页页”，指的是，指的是DRAM芯片芯片中存储阵列上的中存储阵列上的2048位片断。位片断。FPM RAM是最早的随机存储器，在过去一直是最早的随机存储器，在过去一直是主流是主流PC机的标准配置，以前我们在谈机的标准配置，以前我们在谈论内存速度时所说的论内存速度时所说的“杠杠7”，“杠杠

6、6”，指的即是其存取时间为指的即是其存取时间为70ns，60ns。60ns的的FPM RAM可用于总线速度为可用于总线速度为66MHz（兆赫兹）的奔腾系统（兆赫兹）的奔腾系统（CPU主主频为频为100，133，166和和200MHz）。）。 这里的所谓这里的所谓“页页”，指的是，指的是DRAM芯片芯片中存储阵列上的中存储阵列上的2048位片断。位片断。FPM RAM是最早的随机存储器，是一种在是最早的随机存储器，是一种在486时期被普遍应用的内存。时期被普遍应用的内存。72线、线、5V电压、带宽电压、带宽32bit、基本速度、基本速度60ns以上。以上。60ns的的FPM RAM可用于总线速度

7、为可用于总线速度为66MHz（兆赫兹）的奔腾系统（兆赫兹）的奔腾系统（CPU主主频为频为100，133，166和和200MHz）。）。随着性能随着性能/价格比更高的价格比更高的EDO DRAM的的出现和应用，它只好退出市场。出现和应用，它只好退出市场。 快速页模式的内存常用于视频卡，通常我们快速页模式的内存常用于视频卡，通常我们也叫它也叫它“DRAM”。其中一种经过特殊设计的。其中一种经过特殊设计的内存的存取时间仅为内存的存取时间仅为48ns，这时我们就叫它，这时我们就叫它VRAM。这种经过特殊设计的内存具有。这种经过特殊设计的内存具有“双双口口”，其中一个端口可直接被，其中一个端口可直接被C

8、PU存取，而存取，而另一个端口可独立地被另一个端口可独立地被RAM“直接存取通道直接存取通道”存取，这样存储器的存取，这样存储器的“直接存取通道直接存取通道”不必不必等待等待CPU完成存取就可同时工作，从而比一完成存取就可同时工作，从而比一般的般的DRAM要快些。要快些。 2、CDRAMCDRAM称为带高速缓冲存储器（称为带高速缓冲存储器（cache）的动态存储器，它是在通常的的动态存储器，它是在通常的DRAM芯片芯片内又集成了一个小容量的内又集成了一个小容量的SRAM，从而使，从而使DRAM芯片的性能得到显著改进。芯片的性能得到显著改进。 命中：命中：下一次读取时，输入的行地址立即下一次读取

9、时，输入的行地址立即与最后读出行锁存器的内容进行与最后读出行锁存器的内容进行11位比较。位比较。若比较相符则若比较相符则SRAM命中，由输入的列地命中，由输入的列地址从址从SRAM选择某一位组送出即可。选择某一位组送出即可。 猝发式读取：猝发式读取：如果连续的地址高如果连续的地址高11位相同，位相同，意味着属于同一行地址，那么连续变动的意味着属于同一行地址，那么连续变动的9位列地址就会使位列地址就会使SRAM中相应位组连续读中相应位组连续读出，这称为猝发式读取。出，这称为猝发式读取。写操作？写操作？CDRAM的另外两个优点：的另外两个优点：在在SRAM读出期间可同时对读出期间可同时对DRAM阵

10、列进行刷新；阵列进行刷新；允许在写操作完成的同时来启动同允许在写操作完成的同时来启动同一行的读操作。一行的读操作。3、SDRAMSDRAM称为同步型动态存储器。计算机系称为同步型动态存储器。计算机系统中的统中的CPU使用的是系统时钟，使用的是系统时钟，SDRAM的的操作要求与系统时钟相同步，在系统时钟操作要求与系统时钟相同步，在系统时钟的控制下从的控制下从CPU获得地址、数据和控制信获得地址、数据和控制信息。换句话说，它与息。换句话说，它与CPU的数据交换同步的数据交换同步于外部的系统时钟信号，并且以于外部的系统时钟信号，并且以CPU/存储存储器总线的最高速度运行，而不需要插入等器总线的最高速

11、度运行，而不需要插入等待状态。待状态。 3、SDRAMSDRAM称为同步型动态存储器。计算机系称为同步型动态存储器。计算机系统中的统中的CPU使用的是系统时钟，使用的是系统时钟，SDRAM的的操作要求与系统时钟相同步，在系统时钟操作要求与系统时钟相同步，在系统时钟的控制下从的控制下从CPU获得地址、数据和控制信获得地址、数据和控制信息。换句话说，它与息。换句话说，它与CPU的数据交换同步的数据交换同步于外部的系统时钟信号，并且以于外部的系统时钟信号，并且以CPU/存储存储器总线的最高速度运行，而不需要插入等器总线的最高速度运行，而不需要插入等待状态。待状态。 SDRAM从发展到现在已经经历了四

12、代，分别是：第一代从发展到现在已经经历了四代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代，第二代DDR SDRAM，第三代，第三代DDR2 SDRAM，第四代，第四代DDR3 SDRAM.(显卡上的显卡上的DDR已经发展已经发展到到DDR5) 第一代第一代SDRAM采用单端（采用单端（Single-Ended）时钟信号）时钟信号,第第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。 SDR SDRAM的时钟频率就是数据存储的频率，第一的时钟频率就是数据存储的频率，第一代内存

13、用时钟频率命名，如代内存用时钟频率命名，如pc100，pc133则表明时钟信号则表明时钟信号为为100或或133MHz，数据读写速率也为，数据读写速率也为100或或133MHz。 之后的第二，三，四代之后的第二，三，四代DDR（Double Data Rate）内存）内存则采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示则采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其其DDR代数的符号，代数的符号，PC-即即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。如。如PC2700是是DDR333，其工作频率是，其工作频率是333/2=166MHz，2700表示带宽为表示带宽为2.7G。 DDR的读写

14、频率从的读写频率从DDR200到到DDR400，DDR2从从DDR2-400到到DDR2-800，DDR3从从DDR3-800到到DDR3-1600。 同步型同步型动态存储器动态存储器非同步型同步型动态存储器动态存储器3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器vROM(Read Only Memory)v根据编程方式不同，根据编程方式不同，ROM通常分为三类：通常分为三类：只读存储器只读存储器定义定义 优点优点 缺点缺点 掩模式掩模式 数据在芯片制造数据在芯片制造过程中就确定过程中就确定 可靠性和集成可靠性和集成度高，价格便度高，价格便宜宜不能重写不能重写一次编程一次编程 用户可自行

15、改变用户可自行改变产品中某些存储产品中某些存储元元可以根据用可以根据用户需要编程户需要编程只能一次性改只能一次性改写写多次编程多次编程 可以用紫外光照可以用紫外光照射或电擦除原来射或电擦除原来的数据，然后再的数据，然后再重新写入新的数重新写入新的数据据 可以多次改可以多次改写写ROM中中的内容的内容掩模掩模ROM可编程可编程ROM（PROM）可擦除可编程可擦除可编程ROM（EPROM）随机存储器随机存储器RAM静态存储器静态存储器SRAM动态存储器动态存储器DRAM按按功功能能(Read- Only Memory)(Random Access Memory)(Programmable ROM)

16、(Erasable PROM)UVEPROMEEPROM只读存储器只读存储器ROMFlash Memory(Ultra-Violet)(Electrically)电可擦除电可擦除紫外线擦除紫外线擦除(Static RAM)快闪存储器快闪存储器(Dynamic RAM)只能读出不能只能读出不能写入写入,断电不失断电不失还可以按制造工艺还可以按制造工艺分为双极型和分为双极型和MOS型两种。型两种。v又称为固定又称为固定ROM。工厂按用户要求生产出来后，用户工厂按用户要求生产出来后，用户不能改动。不能改动。vROM的构成的构成存储矩阵：存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。由若干存储单元排列成矩阵

17、形式。储存单元：储存单元：可由二极管、双极性三极管或可由二极管、双极性三极管或MOS管构管构成。成。地址译码器：地址译码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。定的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。输出缓冲器：输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，增加带负载能力；同时提供三态控制，以便和系统的总线相连。以便和系统的总线相连。二四线二四线译码器译码器A1,A0的四的四个最小项个最小项字线字线存储矩阵是四个二极管或门；存储矩阵是四个二极管或门；当当EN=0时时，Di=Di 。D1= D3 = A0D0 = W1+ W0

18、= A1真值表：真值表：真值表与存真值表与存储单元有一储单元有一一对应关系一对应关系位线位线0011D01010D11101D21010D31010A01100A1D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0D2= W1= A1+A016字字8位的位的PROM十十六六条条字字线线八八条条位位线线20V十几微秒十几微秒编程脉冲编程脉冲 读出时，读出读出时，读出放大器放大器AR工作，写工作，写入放大器入放大器AW不工作。不工作。 写入时，在位写入时，在位线输入编程脉冲使线输入编程脉冲使写入放大器工作，写入放大器工作，且输出低电平，同且输出低电平，同时相应的字线和时相应的字线和VCC提高到提高

19、到编程电平编程电平，将对应的熔丝烧断。将对应的熔丝烧断。缺点：不能重复擦除。缺点：不能重复擦除。（一）紫外线擦除的只读存储器（一）紫外线擦除的只读存储器（UVEPROM） 是最早出现的是最早出现的EPROM。通常说的通常说的EPROM就是指这种。就是指这种。使用浮栅雪崩注入使用浮栅雪崩注入MOS管（管（Floating-gate Avalanche-Injuction MOS，简称简称FAMOS管。）管。） 写入：管子原来不导通。在漏源之间加上较写入：管子原来不导通。在漏源之间加上较高电压后（如高电压后（如-20V），），漏极漏极PN结雪崩击穿，结雪崩击穿，部分高速电子积累在浮栅上，使部分高速

20、电子积累在浮栅上，使MOS管导通。管导通。擦除：用紫外线或擦除：用紫外线或X射线擦除。需射线擦除。需2030分钟。分钟。 浮栅上电荷可长期保存在浮栅上电荷可长期保存在125环环境温度下，境温度下，70%的电荷能保存的电荷能保存10年以上。年以上。存储单元如图。存储单元如图。 缺点：需要两个缺点：需要两个MOS管；编程电压偏高；管；编程电压偏高；P沟道管的开关速沟道管的开关速度低。度低。EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照

21、射内部芯片就其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（压（VPP=1224V，随不同的芯片型号而定）。，随不同的芯片型号而定）。EPROM的型号是以的型号是以27开头的，如开头的，如27C020(8*256K)是是一片一片2M Bits容量的容量的EPROM芯片。芯片。EPROM芯片在写芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶

22、布把窗口封住，入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部的每芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部的每一个存储单元的数据都为一个存储单元的数据都为1（高电平）。（高电平）。 用用N沟道管；增加控制栅。沟道管；增加控制栅。 SIMOS管原来可导通，管原来可导通，开启电压约为开启电压约为2V。 注入电荷：在注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加间加高电压，同时在控制栅加25V、50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压，所以需要的漏源电压宽的脉冲。由于控制栅上有电

23、压，所以需要的漏源电压相对较小。注入电荷后其开启电压达相对较小。注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通。不能正常导通。已注入电荷的已注入电荷的SIMOS管存入的是管存入的是1。构造：构造： 如果浮栅如果浮栅Gf上积累了电子，则使该上积累了电子，则使该MOS管的开启电压变管的开启电压变得很高。此时给控制栅得很高。此时给控制栅(接在地址选择线上接在地址选择线上)加加+5V电压时，该电压时，该MOS管仍不能导通，相当于存储了管仍不能导通，相当于存储了“0”；反之，若浮栅；反之，若浮栅Gf上没有积累电子，上没有积累电子，MOS管的开启电压较低，因而当该管的控管的开启电压较低，因而当该管的控制栅被地址

24、选中后，该管导通，相当于存储了制栅被地址选中后，该管导通，相当于存储了“1”。可见，。可见，SIMOS管是利用浮栅是否积累负电荷来表示信息的。这种管是利用浮栅是否积累负电荷来表示信息的。这种EPROM出厂时为全出厂时为全“1”，即浮栅上无电子积累，用户可根，即浮栅上无电子积累，用户可根据需要写据需要写“0”。 擦除擦除EPROM的方法是将器件放在紫外线下照射约的方法是将器件放在紫外线下照射约20分分钟，钟， 浮栅中的电子获得足够能量，从而穿过氧化层回到衬底浮栅中的电子获得足够能量，从而穿过氧化层回到衬底中，中， 这样可以使浮栅上的电子消失，这样可以使浮栅上的电子消失，MOS管便回到了未编程管便

25、回到了未编程时的状态，从而将编程信息全部擦去，相当于存储了全时的状态，从而将编程信息全部擦去，相当于存储了全“1”。对对EPROM的编程是在编程器上进行的，编程器通常与微机的编程是在编程器上进行的，编程器通常与微机联用。联用。 这是一种双译码方式，这是一种双译码方式，行地址译码器和列地行地址译码器和列地址译码器共同选中一址译码器共同选中一个单元。每个字只有个单元。每个字只有一位。一位。（二）电可擦除（二）电可擦除EPROM(EEPROM或或E2ROM) 用紫外线擦除操作复杂，用紫外线擦除操作复杂，速度很慢。必须寻找新的存速度很慢。必须寻找新的存储器件，使得可以用电信号储器件，使得可以用电信号进

26、行擦除。进行擦除。 使用浮栅隧道氧化层使用浮栅隧道氧化层MOS管管Flotox(Floating gate Tunnel Oxide)写入（写写入（写0）擦除（写擦除（写1）读出读出 特点：浮栅与漏区间的氧化物特点：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（层极薄（20纳米以下），称为隧纳米以下），称为隧道区。当隧道区电场大于道区。当隧道区电场大于107V/cm时隧道区双向导通。时隧道区双向导通。GCGf漏极漏极 当隧道区的等效电容极小时，当隧道区的等效电容极小时，加在控制栅和漏极间的电压大部分加在控制栅和漏极间的电压大部分降在隧道区，有利于隧道区导通。降在隧道区，有利于隧道区导通。存储单元：存储单元：擦除

27、和擦除和写入均写入均利用隧利用隧道效应道效应10ms浮栅隧道氧化层浮栅隧道氧化层MOS管管(Floating-gate Tunnel Oxide MOS，简称简称Flotox)EEPROM，一般用于即插即用，一般用于即插即用(Plug & Play)。 常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据。常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据。 也常用在防止软件非法拷贝的也常用在防止软件非法拷贝的硬件锁硬件锁上面。上面。 快闪存储器就是针对此缺点研制的。快闪存储器就是针对此缺点研制的。 EEPROM的缺点：擦写需要高的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单元需电压脉冲；擦写时间长；存储单元需两只

28、两只MOS管。管。采用新型隧道氧化采用新型隧道氧化层层MOS管。管。1.隧道层在源区；隧道层在源区；2.隧道层更薄隧道层更薄1015nm。在控在控制栅和源极间加制栅和源极间加12V电压即可使隧电压即可使隧道导通。道导通。该管特点：该管特点：FLASH存储器也翻译成闪速存储器，它存储器也翻译成闪速存储器，它是一种高密度、非失易失性的读是一种高密度、非失易失性的读/写存储写存储器。高密度意味着它具有巨大比特数目的器。高密度意味着它具有巨大比特数目的存储容量。非易失性意味着存放的数据在存储容量。非易失性意味着存放的数据在没有电源的情况下可以长期保存。它突破没有电源的情况下可以长期保存。它突破了传统的

29、存储器体系，改善了现有存储器了传统的存储器体系，改善了现有存储器的特性。总之，它既有的特性。总之，它既有RAM的优点，又的优点，又有有ROM的优点，称得上是存储技术划时的优点，称得上是存储技术划时代的进展。代的进展。 存储单元的工作原理：存储单元的工作原理：1.写入利用雪崩注入法。源极接地；漏写入利用雪崩注入法。源极接地；漏极接极接6V；控制栅控制栅12V脉冲，宽脉冲，宽10 s。2.擦除用隧道效应。控制栅接地；擦除用隧道效应。控制栅接地；源极接源极接12V脉冲，宽为脉冲，宽为100ms。因为片内所有叠栅管的源极都连因为片内所有叠栅管的源极都连在一起，所以一个脉冲就可擦除在一起，所以一个脉冲就

30、可擦除全部单元。全部单元。3.读出：源极接地，字线为读出：源极接地，字线为5V逻辑高逻辑高电平。电平。6V0V12V10 s0V12V100ms快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，使用方便。使用方便。5V 快闪存储器的写入方法和快闪存储器的写入方法和EPROM相同，相同， 即利用雪崩注即利用雪崩注入的方法使浮栅充电。入的方法使浮栅充电。 在读出状态下，字线加上在读出状态下，字线加上+5V，若浮栅上没有电荷，则若浮栅上没有电荷，则叠栅叠栅MOS管导通，位线输出低电平；如果浮栅上充有电荷，管导通，位线输出低电平；如果浮栅上充有电荷，则叠栅管截止，位线

31、输出高电平。则叠栅管截止，位线输出高电平。 擦除方法是利用隧道效应进行的，类似于擦除方法是利用隧道效应进行的，类似于E2PROM写写0时的操作。在擦除状态下，控制栅处于时的操作。在擦除状态下，控制栅处于0电平，同时在源极电平，同时在源极加入幅度为加入幅度为 12 V左右、宽度为左右、宽度为 100 ms的正脉冲，在浮栅和的正脉冲，在浮栅和源区间极小的重叠部分产生隧道效应，使浮栅上的电荷经隧源区间极小的重叠部分产生隧道效应，使浮栅上的电荷经隧道释放。但道释放。但由于片内所有叠栅由于片内所有叠栅MOS管的源极连在一起，所管的源极连在一起，所以擦除时是将全部存储单元同时擦除以擦除时是将全部存储单元同

32、时擦除，这是不同于，这是不同于E2PROM的一个特点。的一个特点。 快闪存储器（快闪存储器（flash EPROM）是电子可擦除可是电子可擦除可编程只读存储器编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory, EEPROM)的一种形式。快闪存储器允许在操作中多次擦的一种形式。快闪存储器允许在操作中多次擦或写，并具有非易失性，即单指保存数据而言，或写，并具有非易失性，即单指保存数据而言，它并不需要耗电。快闪存储器和传统的它并不需要耗电。快闪存储器和传统的EEPROM不同在于不同在于它是以较大区块进行数据它是以较大区块进行数据抹

33、擦抹擦，而传统的，而传统的EEPROM只能进行擦除和重只能进行擦除和重写单个存储位置。这就使得快闪在写入大量数写单个存储位置。这就使得快闪在写入大量数据时具有显著地优势。据时具有显著地优势。 闪存具有较快的读取速度，其读取时间小于闪存具有较快的读取速度，其读取时间小于100ns，这个速度，这个速度可以和主存储器相比可以和主存储器相比。但是。但是由于它的写入操作比较复杂，花费时间较长。由于它的写入操作比较复杂，花费时间较长。而与硬盘相比，闪存的动态抗震能力更强，因而与硬盘相比，闪存的动态抗震能力更强，因此它此它非常适合用于移动设备上非常适合用于移动设备上，例如笔记本电，例如笔记本电脑、相机和手机

34、等。闪存的一个典型应用脑、相机和手机等。闪存的一个典型应用USB盘盘已经成为计算机系统之间传输数据的流行手已经成为计算机系统之间传输数据的流行手段。段。 闪速存储器（闪速存储器（Flash Memory）是一类非易失性存储器是一类非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory）即使在供电电源关闭后仍即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息。能保持片内信息。 Flash Memory集其它类非易失性存储器的特点：与集其它类非易失性存储器的特点：与EPROM相比较，闪速存储器具有明显的优势相比较，闪速存储器具有明显的优势在系统在系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压（某些第电可擦

35、除和可重复编程，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和/或编程操或编程操作）；与作）；与EEPROM相比较，闪速存储器具有成本低、密相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，度大的特点。其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，包括嵌入式系统，如包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机语音、图像、数据存储

36、类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（和个人数字助理（PDA）。）。 全球闪速存储器的主要供应商有全球闪速存储器的主要供应商有AMDAMD、ATMELATMEL、FujistuFujistu、HitachiHitachi、HyundaiHyundai、IntelIntel、MicronMicron、MitsubishiMitsubishi、SamsungSamsung、SSTSST、SHARPSHARP、TOSHIBATOSHIBA，由于各自技术架构的不同，分为几大阵营。由于各自技术架构的不同，分为几大阵营。 NORNOR技术技术NANDNAND技术技术ANDAND技术技术 由由EEP

37、ROMEEPROM派生的闪速存储器派生的闪速存储器 NORNOR技术（亦称为技术（亦称为LinearLinear技术）闪速存储器是技术）闪速存储器是最早出现的最早出现的Flash MemoryFlash Memory，它源于传统的它源于传统的EPROMEPROM器件，与其它器件，与其它Flash MemoryFlash Memory技术相比，技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如其是纯代码存储的应用中广泛使用，如PCPC的的BIO

38、SBIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。器等。 NORNOR技术技术Flash MemoryFlash Memory具有以下特点：具有以下特点：（1 1） 程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从FlashFlash中读取代码执行，而无需先将代码下载至中读取代码执行，而无需先将代码下载至RAMRAM中再中再执行；执行；（2 2） 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除

39、，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。由于由于NORNOR技术技术Flash MemoryFlash Memory的擦除和编程速度较慢，而块的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，在纯数据存储和文件存储的应用中，NORNOR技术显得力不从技术显得力不从心。心。 这种结构的闪速存储器适合于纯这种结构的闪速存储器适合于纯数据存储和

40、文件存储，主要作为数据存储和文件存储，主要作为SmartMediaSmartMedia卡、卡、CompactFlashCompactFlash卡、卡、PCMCIA ATAPCMCIA ATA卡、固态盘的存储介卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核质，并正成为闪速磁盘技术的核心。心。 NANDNAND技术技术Flash MemoryFlash Memory具有以下特点具有以下特点：（1 1） 以页为单位进行读和编程操作，以页为单位进行读和编程操作，1 1页为页为256256B B或或512512B B；以块；以块为单位进行擦除操作，为单位进行擦除操作，1 1块为块为4 4KBKB、8KB

41、8KB或或1616KBKB。具有快编程和快具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是擦除的功能，其块擦除时间是2 2msms；而而NORNOR技术的块擦除时间达到技术的块擦除时间达到几百几百msms。（2 2） 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。慢且不能按字节随机编程。（3 3） 芯片尺寸小，引脚少，是位成本芯片尺寸小，引脚少，是位成本( (bit cost)bit cost)最低的固态存最低的固态存储器，将很快突破每兆字节储器，将很快突破每兆字节1 1美元的价格限制。美元的价格限制。（4 4） 芯片包含有

42、失效块，其数目最大可达到芯片包含有失效块，其数目最大可达到335335块（取决于存块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。效块在地址映射表中屏蔽起来。SamsungSamsung公司在公司在19991999年底开发出世界上第一年底开发出世界上第一颗颗1 1Gb NANDGb NAND技术闪速存储器。据称这种技术闪速存储器。据称这种Flash MemoryFlash Memory可以存储可以存储560560张高分辨率的照张高分辨率的照片或片或3232首首CDCD质量的歌曲，将成为下一代

43、便携质量的歌曲，将成为下一代便携式信息产品的理想媒介。式信息产品的理想媒介。SamsungSamsung采用了许采用了许多多DRAMDRAM的工艺技术，包括首次采用的工艺技术，包括首次采用0.150.15mm的制造工艺来生产这颗的制造工艺来生产这颗FlashFlash。已经批量生已经批量生产的产的K9K1208UOMK9K1208UOM采用采用0.180.18mm工艺，存储容工艺，存储容量为量为512512MbMb。 ANDAND技术是技术是HitachiHitachi公司的专利技术。公司的专利技术。HitachiHitachi和和MitsubishiMitsubishi共同支持共同支持AND

44、AND技技术的术的Flash MemoryFlash Memory。ANDAND技术与技术与NANDNAND一一样采用样采用“大多数完好的存储器大多数完好的存储器”概念，概念，目前，在数据和文档存储领域中是另目前，在数据和文档存储领域中是另一种占重要地位的闪速存储技术。一种占重要地位的闪速存储技术。 HitachiHitachi和和MitsubishiMitsubishi公司采用公司采用0.180.18mm的制造工艺，的制造工艺，并结合并结合MLCMLC技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的功耗更低的512512Mb-AND Flash Me

45、moryMb-AND Flash Memory，再利用双密度再利用双密度封装技术封装技术DDPDDP（Double Density Package Double Density Package TechnologyTechnology），），将将2 2片片512512MbMb芯片叠加在芯片叠加在1 1片片TSOP48TSOP48的封的封装内，形成一片装内，形成一片1 1GbGb芯片。芯片。HN29V51211THN29V51211T具有突出的低具有突出的低功耗特性，读电流为功耗特性，读电流为2 2mAmA，待机电流仅为待机电流仅为1 1AA，同时由同时由于其内部存在与块大小一致的内部于其内部存

46、在与块大小一致的内部RAM RAM 缓冲区，使得缓冲区，使得ANDAND技术不像其他采用技术不像其他采用MLCMLC的闪速存储器技术那样写入的闪速存储器技术那样写入性能严重下降。性能严重下降。HitachiHitachi公司用该芯片制造公司用该芯片制造128128MBMB的的MultiMediaMultiMedia卡和卡和2 2MBMB的的PC-ATAPC-ATA卡，用于智能电话、个人卡，用于智能电话、个人数字助理、掌上电脑、数字相机、便携式摄像机、便携数字助理、掌上电脑、数字相机、便携式摄像机、便携式音乐播放机等。式音乐播放机等。 EEPROMEEPROM具有很高的灵活性，可以单字节读具有很

47、高的灵活性，可以单字节读写（不需要擦除，可直接改写数据），但写（不需要擦除，可直接改写数据），但存储密度小，单位成本高。部分制造商生存储密度小，单位成本高。部分制造商生产出另一类以产出另一类以EEPROMEEPROM做闪速存储阵列的做闪速存储阵列的Flash MemoryFlash Memory，如如ATMELATMEL、SSTSST的小扇区的小扇区结构闪速存储器（结构闪速存储器（Small Sector Flash Small Sector Flash MemoryMemory）和和ATMELATMEL的海量存储器（的海量存储器（Data-Data-Flash MemoryFlash Mem

48、ory）。）。 这类器件具有这类器件具有EEPROMEEPROM与与NORNOR技术技术Flash MemoryFlash Memory二者折衷二者折衷的性能特点：的性能特点：（1 1） 读写的灵活性逊于读写的灵活性逊于EEPROMEEPROM，不能直接改写数据。不能直接改写数据。在编程之前需要先进行页擦除，但与在编程之前需要先进行页擦除，但与NORNOR技术技术Flash Flash MemoryMemory的块结构相比其页尺寸小，具有快速随机读取的块结构相比其页尺寸小，具有快速随机读取和快编程、快擦除的特点。和快编程、快擦除的特点。（2 2） 与与EEPROMEEPROM比较，具有明显的成

49、本优势。比较，具有明显的成本优势。（3 3） 存储密度比存储密度比EEPROMEEPROM大，但比大，但比NORNOR技术技术Flash Flash MemoryMemory小，如小，如Small Sector Flash MemorySmall Sector Flash Memory的存储密度的存储密度可达到可达到4 4MbMb，而而3232MbMb的的DataFlash MemoryDataFlash Memory芯片有试用样芯片有试用样品提供。正因为这类器件在性能上的灵活性和成本上的品提供。正因为这类器件在性能上的灵活性和成本上的优势，使其在如今闪速存储器市场上仍占有一席之地。优势，使其

50、在如今闪速存储器市场上仍占有一席之地。 3.5 并行存储器并行存储器由于由于CPUCPU和主存储器之间在速度上是和主存储器之间在速度上是不匹配的，这种情况便成为限制高不匹配的，这种情况便成为限制高速计算机设计的主要问题。为了提速计算机设计的主要问题。为了提高高CPUCPU和主存之间的数据传输率，除和主存之间的数据传输率，除了主存采用更高速的技术来缩短读了主存采用更高速的技术来缩短读出时间外，还可以采用并行技术的出时间外，还可以采用并行技术的存储器。存储器。 双端口存储器是指双端口存储器是指同一个存储器具有两组同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线相互独立的读写控制线路路,是一种高速工作的存是一种高速工作的存储器。储器。无冲突读写控制无冲突读写控制 当两个端口的地址不相同时，在两个当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作，一定不会发生冲突。端口上进行读写操作，一定不