ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH

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ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH

2024-07-17 17:50:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

ROM(Read Only Memory,只读存储器)芯片:在微机的发展初期,BIOS都存放在ROM芯片中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中,在工厂里用特殊的方法被烧录进去的,其中的内容只能读不能改,一旦烧录进去,用户只能验证写入的资料是否正确,不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误,则只有舍弃不用,重新订做一份。ROM是在生产线上生产的,由于成本高,一般只用在大批量应用的场合。

PROM(Programmable ROM,可编程ROM)芯片:由于ROM制造和升级的不便,后来人们发明了PROM(Programmable ROM,可编程ROM)。最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料,用户可以用专用的编程器将自己的资料写入,但是这种机会只有一次,一旦写入后也无法修改,若是出了错误,已写入的芯片只能报废。PROM的特性和ROM相同,但是其成本比ROM高,而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢,一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。

EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程ROM)芯片:可重复擦除和写入,解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM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EPROM擦除器。EPROM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压(VPP=12—24V,随不同的芯片型号而定)。EPROM 的型号是以27开头的,如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后,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。

EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM,电可擦除可编程ROM)芯片:鉴于EPROM操作的不便,后来出的主板上的BIOS ROM芯片大部分都采用EEPROM。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备,它是以电子信号来修改其内容的,而且是以Byte为最小修改单位,不必将资料全部洗掉才能写入,彻底摆脱了EPROM Eraser和编程器的束缚。EEPROM在写入数据时,仍要利用一定的编程电压,此时,只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容,所以,它属于双电压芯片。借助于EEPROM芯片的双电压特性,可以使BIOS具有良好的防毒功能,在升级时,把跳线开关打至“ON”的位置,即给芯片加上相应的编程电压,就可以方便地升级;平时使用时,则把跳线开关打至“OFF”的位置,防止CIH类的病毒对BIOS芯片的非法修改。所以,至今仍有不少主板采用EPROM作为BIOS芯片并作为自己主板的一大特色。

FLASH ROM芯片:FLASH ROM则属于真正的单电压芯片,在使用上很类似EEPROM,因此,有些书籍上便把FLASH ROM作为EEPROM的一种。事实上,二者还是有差别的。FLASH ROM在擦除时,也要执行专用的刷新程序,但是在删除资料时,并非以Byte为基本单位,而是以Sector(又称Block)为最小单位,Sector 的大小随厂商的不同而有所不同;只有在写入时,才以Byte为最小单位写入;FLASH ROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行,不需跳线,只利用专用程序即可方便地修改其内容;FLASH ROM的存储容量普遍大于EEPROM,约为512K到至8M KBit,由于大批量生产,价格也比较合适,很适合用来存放程序码,近年来已逐渐取代了EEPROM,广泛用于主板的BIOS ROM,也是CIH攻击的主要目标。

FLASH Memory又分为NOR型和NAND型。NOR型与NAND型闪存的区别很大,NOR型闪存更像内存,有独立的地址线和数据线,但价格比较贵,容量比较小;而NAND型更像硬盘,地址线和数据线是共用的I/O线,类似硬盘的所有信息都通过一条硬盘线传送一般,而且NAND型与NOR型闪存相比,成本要低一些,而容量大得多。因此,NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合,通常用于存储程序代码并直接在闪存内运行,手机就是使用NOR型闪存的大户,所以手机的“内存”容量通常不大;NAND型闪存主要用来存储资料,常用的闪存产品,如闪存盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。 

闪存卡(Flash Card)是利用闪存(Flash Memory)技术达到存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机,掌上电脑,MP3等小型数码产品中作为 存储介质,所以样子小巧,有如一张卡片,所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡大概有SmartMedia( SM卡)、Compact Flash( CF卡)、 MultiMediaCard(MMC卡)、Secure Digital( SD卡)、Memory Stick( 记忆棒)、 XD-Picture Card(XD卡)和 微硬盘(MICRODRIVE)这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原理都是相同的。  

EEPROM,EPROM,FLASH 都是基于一种浮栅管单元(Floating gate transister)的结构。 EPROM 的浮栅处于绝缘的二氧化硅层中,充入的电子只能用紫外线的能量来激出,EEPROM 的 单元是由FLOTOX(Floating- gate tuneling oxide transister)及一个附加的Transister 组成,由于FLOTOX 的特性及两管结构,所以可以单元读/写。技术上,FLASH 是结合EPROM 和EEPROM 技术达到的,很多FLASH 使用雪崩热电子注入方式来编程,擦除和EEPROM 一样用 Fowler-Nordheim tuneling。但主要的不同是,FLASH 对芯片提供大块或整块的擦除,这就 降低了设计的复杂性,它可以不要 EEPROM 单元里那个多余的Tansister,所以可以做到高集 成度,大容量,另FLASH 的浮栅工艺上也不同,写入速度更快。

其实对于用户来说,EEPROM 和FLASH 的最主要的区别就是

1。EEPROM 可以按“位”擦写,而FLASH 只能一大片一大片的擦。

2。EEPROM 一般容量都不大,如果大的话,EEPROM 相对与FLASH 就没有价格上的优势了。 市面上卖的stand alone 的EERPOM 一般都是在64KBIT 以下,而FLASH 一般都是8MEG BIT 以上(NOR 型)。

3。读的速度的话,应该不是两者的差别,只是EERPOM 一般用于低端产品,读的速度不需要那么快,真要做的话,其实也是可以做的和FLASH 差不多。

4。因为EEPROM 的存储单元是两个管子而FLASH 是一个(SST 的除外,类似于两管), 所以CYCLING 的话,EEPROM 比FLASH 要好一些,到1000K 次也没有问题的。

总的来说,对与用户来说,EEPROM 和FLASH 没有大的区别,只是EEPROM 是低端产品, 容量低,价格便宜,但是稳定性较FLASH 要好一些。 但对于EEPROM 和FLASH 的设计来说,FLASH 则要难的多,不论是从工艺上的还是从外围 电路设计上来说。

Flash memory 指的是“闪存”,所谓“闪存”,它也是一种非易失性的内存,属于EEPROM 的改进产品。它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品 有不同的规格), 而EEPROM 则可以一次只擦除一个字节(Byte)。目前“闪存”被广泛用在 PC 机的主板上,用来保存BIOS 程序,便于进行程序的升级。其另外一大应用领域是用来作 为硬盘的替代品,具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点,但是将其用来取代RAM 就显 得不合适,因为RAM 需要能够按字节改写,而Flash ROM 做不到。

ROM 和RAM 指的都是半导体存储器,ROM 是Read Only Memory 的缩写,RAM 是Random Access Memory 的缩写。ROM 在系统停止供电的时候仍然可以保持数据,而RAM 通常都是在掉电之后 就丢失数据,典型的RAM 就是计算机的内存。

RAM 有两大类,一种称为静态RAM(Static RAM/SRAM),SRAM 速度非常快,是目前读写最 快的存储设备了,但是它也非常昂贵,所以只在要求很苛刻的地方使用,譬如CPU 的一级缓 冲,二级缓冲。另一种称为动态RAM(Dynamic RAM/DRAM),DRAM 保留数据的时间很短,速度 也比SRAM 慢,不过它还是比任何的ROM 都要快,但从价格上来说DRAM 相比SRAM 要便宜很多, 计算机内存就是DRAM 的。

DRAM 分为很多种,常见的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、 SGRAM 以及WRAM 等,这里介绍其中的一种DDR RAM。

DDR RAM(Date-Rate RAM)也称作DDR SDRAM, 这种改进型的RAM 和SDRAM 是基本一样的,不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据, 这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存,而且它有着成本优势, 事实上击败了Intel 的另外一种内存标准-Rambus DRAM。在很多高端的显卡上,也配备了高速DDR RAM 来提高带宽,这可以大幅度提高3D 加速卡的像素渲染能力。

ROM 也有很多种,PROM 是可编程的ROM,PROM 和EPROM(可擦除可编程ROM)两者区别是, PROM 是一次性的,也就是软件灌入后,就无法修改了,这种是早期的产品,现在已经不可能使用了,而EPROM 是通过紫外光的照射擦出原先的程序,是一种通用的存储器。另外一种 EEPROM 是通过电子擦出,价格很高,写入时间很长,写入很慢。 举个例子,手机软件一般放在EEPROM 中,我们打电话,有些最后拨打的号码,暂时是存在SRAM 中的,不是马上写入通话记录(通话记录保存在EEPROM 中),因为当时有很重要工作(通话)要做,如果写入,漫长的等待是让用户忍无可忍的。

FLASH存储器又称闪存,它结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦出可编程(EEPROM) 的性能,还不会断电丢失数据同时可以快速读取数据 (NVRAM 的优势),U 盘和MP3 里用的就是这种存储器。在过去的20 年里,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备, 然而近年来 Flash 全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader 以 及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U 盘)。

目前Flash 主要有两种NOR Flash 和NADN Flash。

NOR Flash 的读取和我们常见的SDRAM 的读取是一样,用户可以直接运行装载在NOR FLASH 里面的代码,这样可以减少SRAM 的容量 从而节约了成本。

NAND Flash 没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的 形式来进行的,通常是一次读取512 个字节,采用这种技术的Flash 比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash 上的代码,因此好多使用NAND Flash 的开发板除了使用NAND Flah 以外, 还作上了一块小的NOR Flash 来运行启动代码。

一般小容量的用NOR Flash,因为其读取速度快,多用来存储操作系统等重要信息,而大容量的用NAND FLASH,最常见的NAND FLASH 应用是嵌入式系统采用的DOC(Disk On Chip) 和我们通常用的”闪盘”,可以在线擦除。目前市面上的FLASH 主要来自Intel,AMD,Fujitsu 和Toshiba,而生产NAND Flash 的主要厂家有Samsung 和Toshiba。

SRAM 是Static Random Access Memory 的缩写,中文含义为静态随机访问存储器,它是 一种类型的半导体存储器。”静态”是指只要不掉电,存储在SRAM 中的数据就不会丢失。这一点与动态RAM(DRAM)不同,DRAM 需要进行周期性的刷新操作。 然后,我们不应将SRAM 与只读存储器(ROM)和Flash Memory 相混淆,因为SRAM 是一种易失性存储器,它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。”随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问,而不管前一次访问的是哪一个位置。

SRAM 中的每一位均存储在四个晶体管当中,这四个晶体管组成了两个交叉耦合反向器。 这个存储单元具有两个稳定状态,通常表示为0 和1。另外还需要两个访问晶体管用于控制读或写操作过程中存储单元的访问。因此,一个存储位通常需要六个MOSFET。对称的电路结 构使得SRAM 的访问速度要快于DRAM。

SRAM 比DRAM 访问速度快的另外一个原因是SRAM可以一次接收所有的地址位,而DRAM 则使用行地址和列地址复用的结构。 SRAM 不应该与SDRAM 相混淆,SDRAM 代表的是同步DRAM(Synchronous DRAM),这与SRAM 是完全不同的。SRAM 也不应该与PSRAM 相混淆,PSRAM 是一种伪装成SRAM 的DRAM。

从晶体管的类型分,SRAM 可以分为双极性与CMOS 两种。从功能上分,SRAM 可以分为异步SRAM 和同步SRAM(SSRAM)。异步SRAM 的访问独立于时钟,数据输入和输出都由地址的变 化控制。同步SRAM 的所有访问都在时钟的上升/下降沿启动。地址、数据输入和其它控制信 号均于时钟信号相关。

SDRAM

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)同步动态随机存取存储器,同步是指Memory工作需要步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写。目前的168线64bit带宽内存基本上都采用SDRAM芯片,工作电压3.3V电压,存取速度高达7.5ns,而EDO内存最快为15ns。并将RAM与CPU以相同时钟频率控制,使RAM与CPU外频同步,取消等待时间,所以其传输速率比EDO DRAM更快。

SDRAM从发展到现在已经经历了四代,分别是:第一代SDR SDRAM,第二代DDR SDRAM,第三代DDR2 SDRAM,第四代DDR3 SDRAM.

第一代与第二代SDRAM均采用单端(Single-Ended)时钟信号,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。

SDR SDRAM的时钟频率就是数据存储的频率,第一代内存用时钟频率命名,如pc100,pc133则表明时钟信号为100或133MHz,数据读写速率也为100或133MHz。

之后的第二,三,四代DDR(Double Data Rate)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其DDR代数的符号,PC-即DDR,PC2=DDR2,PC3=DDR3。如PC2700是DDR333,其工作频率是333/2=166MHz,2700表示带宽为2.7G。

DDR的读写频率从DDR200到DDR400,DDR2从DDR2-400到DDR2-800,DDR3从DDR3-800到DDR3-1666。

很多人将SDRAM错误的理解为第一代也就是 SDR SDRAM,并且作为名词解释,皆属误导,SDR不等于SDRAM。

Pin:模组或芯片与外部电路电路连接用的金属引脚,而模组的pin就是常说的“金手指”。

SIMM:Sigle In-line Memory Module,单列内存模组。内存模组就是我们常说的内存条,所谓单列是指模组电路板与主板插槽的接口只有一列引脚(虽然两侧都有金手指)。

DIMM:Double In-line Memory Module,双列内存模组。是我们常见的模组类型,所谓双列是指模组电路板与主板插槽的接口有两列引脚,模组电路板两侧的金手指对应一列引脚。

RDIMM:registered DIMM,带寄存器的双线内存模块

SO-DIMM:笔记本常用的内存模组。

工作电压:

SDR:3.3V

DDR:2.5V

DDR2:1.8V

DDR3:1.5V

SRAM

SRAM是英文Static RAM的缩写,它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。不像DRAM内存那样需要刷新电路,每隔一段时间,固定要对DRAM刷新充电一次,否则内部的数据即会消失,因此SRAM具有较高的性能,但是SRAM也有它的缺点,即它的集成度较低,相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积,但是SRAM却需要很大的体积,所以在主板上SRAM存储器要占用一部分面积,在主板上哪些是SRAM呢?

一种是置于CPU与主存间的高速缓存,它有两种规格:一是固定在主板上的高速缓存(Cache Memory );二是插在卡槽上的COAST(Cache On A Stick)扩充用的高速缓存,另外在CMOS芯片1468l8的电路里,它的内部也有较小容量的128字节SRAM,存储我们所设置的配置数据。

还有一种是为了加速CPU内部数据的传送,自80486CPU起,在CPU的内部也设计有高速缓存,故在Pentium CPU就有所谓的L1 Cache(一级高速缓存)和L2Cache(二级高速缓存)的名词,一般L1 Cache是内建在CPU的内部,L2 Cache是设计在CPU的外部,但是Pentium Pro把L1和L2 Cache同时设计在CPU的内部,故Pentium Pro的体积较大。最新的Pentium II又把L2 Cache移至CPU内核之外的黑盒子里。

SRAM显然速度快,不需要刷新的动作,但是也有另外的缺点,就是价格高,体积大,所以在主板上还不能作为用量较大的主存。现将它的特点归纳如下:

◎优点,速度快,不必配合内存刷新电路,可提高整体的工作效率。

◎缺点,集成度低,功耗较大,相同的容量体积较大,而且价格较高,少量用于关键性系统以提高效率。

◎SRAM使用的系统:

○CPU与主存之间的高速缓存

○CPU内部的L1/L2或外部的L2高速缓存

○CPU外部扩充用的COAST高速缓存

○CMOS 146818芯片(RT&CMOS SRAM)

SRAM与SDRAM的比较:

SRAM是靠双稳态触发器来记忆信息的;SDRAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄漏,需要定时给与补充,所以动态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低,从而成本也低,适于作大容量存储器。所以主内存通常采用SDRAM,而高速缓冲存储器(Cache)则使用SRAM,在存取速度上,SRAM>SDRAM。另外,内存还应用于显卡、声卡及CMOS等设备中,用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。



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