RAM 和 ROM

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在上一章中，我們討論了儲存器件及其特性。閱讀本章以瞭解兩種最重要的儲存器型別（即 RAM（隨機存取儲存器）和 ROM（只讀儲存器））的特性，這些儲存器用於數字系統（如計算機、筆記型電腦、智慧手機等）。

什麼是 RAM？

RAM 構成 CPU 的內部儲存器，用於儲存資料、程式和程式結果。它是讀/寫儲存器。它被稱為隨機存取儲存器 (RAM)。

由於 RAM 中的訪問時間與單詞的地址無關，也就是說，儲存器內部的每個儲存位置都像其他位置一樣易於訪問，並且花費相同的時間。我們可以隨機且非常快速地訪問記憶體，但它也可能相當昂貴。

RAM 是一種易失性儲存器，即當我們關閉計算機或發生電源故障時，其中儲存的資料會丟失。因此，計算機通常會使用不間斷電源 (UPS) 作為備份。RAM 體積小巧，無論是物理尺寸還是其能夠容納的資料量都比較小。

RAM 型別

RAM 或隨機存取儲存器分為以下兩種型別：

• 靜態 RAM (SRAM)
• 動態 RAM (DRAM)

讓我們詳細討論這兩種型別的 RAM。

靜態 RAM (SRAM)

“靜態”一詞表示只要電源保持接通，儲存器就會保留其內容。但是，由於易失性，當電源斷電時，資料會丟失。SRAM 晶片使用 6 個電晶體的矩陣，不使用電容器。電晶體不需要功率來防止洩漏，因此 SRAM 不需要定期重新整理。

由於矩陣中的額外空間，SRAM 比 DRAM 使用更多的晶片來儲存相同數量的儲存空間，從而導致製造成本更高。靜態 RAM 主要用作快取記憶體儲存器，需要非常快且容量小。

SRAM 的特性

以下是 SRAM 的一些重要特性：

• 作為一種 RAM，SRAM 也是一種易失性儲存器。因此，它需要持續的電源供應來維持其儲存的資料。如果電源移除或關閉，SRAM 中儲存的資料將被刪除。
• SRAM 是一種高速隨機存取儲存器。SRAM 不需要重新整理即可維護其儲存的資料。
• SRAM 由稱為觸發器的半導體元件構成，這些元件儲存資料。SRAM 具有較低的儲存密度。這主要是由於其複雜的儲存單元結構。這也導致更大的物理尺寸。
• SRAM 主要用於需要高速資料訪問的數字系統中。例如，它用作 CPU 快取記憶體儲存器、高速緩衝區和微處理器和微控制器中的暫存器。
• SRAM 相對更昂貴。這主要是由於其較低的儲存密度和較高的製造成本。

動態 RAM (DRAM)

與 SRAM 不同，DRAM 必須不斷重新整理才能保持資料。這是透過將儲存器放置在每秒重寫資料數百次的重新整理電路上來實現的。DRAM 用於大多數系統記憶體，因為它價格低廉且體積小巧。

所有 DRAM 都由儲存單元組成。這些單元由一個電容器和一個電晶體組成。

DRAM 的特性

DRAM（動態隨機存取儲存器）的重要特性如下：

• 由於 DRAM 也是一種隨機存取儲存器，因此它也是一種易失性儲存器，因此需要持續的電源供應來保留其儲存的資料。當電源關閉時，DRAM 中儲存的資料會丟失。
• 在 DRAM 中，儲存單元由電容器和電晶體組成。其中每個儲存單元都可以在電容器中以電荷的形式儲存 1 位資料。
• 在 DRAM 中，為了防止由於電容器洩漏導致儲存資料丟失，需要一個重新整理電路進行週期性重新整理迴圈。這是在 DRAM 中使用“動態”一詞的主要原因。
• 對於 DRAM，訪問時間通常以納秒 (ns) 為單位。DRAM 比 SRAM 更便宜。

以上是關於 RAM（隨機存取儲存器）及其型別的全部內容。現在讓我們討論另一種型別的儲存器裝置，稱為 ROM。

什麼是 ROM？

ROM 代表只讀儲存器。我們只能讀取但不能寫入的儲存器。這種型別的儲存器是非易失性的。資訊在製造過程中永久儲存在這些儲存器中。

ROM 儲存了在第一次通電時啟動計算機所需的指令，此操作稱為引導。ROM 晶片不僅用於計算機，還用於其他電子產品，如洗衣機和微波爐。

ROM 型別

以下是隻讀儲存器 (ROM) 的一些重要型別：

• MROM
• PROM
• EPROM
• EEPROM

讓我們詳細討論這些不同型別的 ROM 及其重要特性。

MROM（掩膜 ROM）

最早的 ROM 是硬連線裝置，包含一組預程式設計的資料或指令。這些型別的 ROM 稱為掩膜 ROM。它是一種廉價的 ROM。

由於它是一種 ROM，因此它也是一種非易失性儲存器。MROM 在製造時進行程式設計，其資料不能在以後的某個時間點修改或更改。

MROM 的特性

以下是 MROM 的一些重要特性：

• MROM 是一種非易失性儲存器。因此，即使電源關閉或移除，它也可以保留其資料。
• MROM 主要用於儲存永久軟體和指令，如韌體、引導載入程式程式碼和其他對系統操作至關重要的系統資料。
• 在 MROM 中，資料和程式在製造過程中寫入。一旦程式設計，儲存的資料就無法修改或更改。因此，它是一次性可程式設計儲存器。
• MROM 的另一個重要特性是它是一種只讀儲存器。因此，它僅支援讀取操作。
• MROM 是一種廉價的只讀儲存器。
• MROM 的主要缺點是其靈活性有限，這意味著一旦程式設計，儲存的資料就無法更改或刪除。

PROM（可程式設計只讀儲存器）

PROM 是一種只讀儲存器，使用者只能修改一次。使用者購買一個空白的 PROM，並使用 PROM 程式設計器輸入所需內容。

在 PROM 晶片內部，有一些小的保險絲，在程式設計過程中會被燒斷。它只能程式設計一次，並且不可擦除。

PROM 的特性

以下是可程式設計只讀儲存器的主要特性：

• 即使電源關閉，PROM 也會保留其儲存的資料。
• PROM 是一種可程式設計儲存器，但使用者只能程式設計一次。然後，其儲存的資料無法更改、刪除或重寫。
• 在 PROM 中，儲存單元是使用基於保險絲的技術製造的，其中儲存資料涉及熔斷微小的保險絲。
• PROM 也是一種只讀儲存器，因此它只支援讀取操作。
• 與 MROM 一樣，PROM 也提供了有限的靈活性，因為一旦資料被程式設計，就不能更改或擦除。

EPROM（可擦除可程式設計只讀儲存器）

EPROM 可以透過將其暴露在紫外線下長達 40 分鐘來擦除。通常，EPROM 擦除器實現此功能。

在程式設計期間，電荷被困在絕緣柵區。由於電荷沒有洩漏路徑，因此電荷可以保持超過十年。為了擦除此電荷，紫外線會透過石英晶體視窗（蓋子）。這種暴露在紫外線下會消散電荷。在正常使用期間，石英蓋子用貼紙密封。

EPROM 的特性

下面重點介紹了 EPROM 的一些關鍵特性：

• 即使在沒有電源的情況下，EPROM 也可以為資料提供永久儲存。
• EPROM 是一種電可程式設計儲存器。因此，可以透過將其寫入電路應用特定的電壓電平來對其進行程式設計。
• EPROM 可以透過將其暴露在紫外線下約 20 到 30 分鐘來多次擦除。然後，可以再次對其進行程式設計。
• EPROM 晶片頂部有一個石英視窗。這是為了穿透紫外線以擦除儲存的資料。
• EPROM 提供高儲存密度。因此，它可以在相對較小的物理空間中儲存大量資料。
• EPROM 的寫入速度較慢，這可能會影響系統的整體效能。

EEPROM（電可擦除可程式設計只讀儲存器）

EEPROM 透過電氣方式進行程式設計和擦除。它可以擦除和重新程式設計大約一萬次。擦除和程式設計都需要大約 4 到 10 毫秒（毫秒）。

在 EEPROM 中，可以有選擇地擦除和程式設計任何位置。EEPROM 可以一次擦除一個位元組，而不是擦除整個晶片。因此，重新程式設計的過程靈活但緩慢。

EEPROM 的特性

下面重點介紹了電可擦除可程式設計只讀儲存器的主要特性：

• 作為一種 ROM，EEPROM 永久儲存資料。
• EEPROM 可以透過電氣方式擦除和重新程式設計，不需要任何特殊裝置或紫外線來擦除儲存的資料。
• EEPROM 可以多次擦除和重新程式設計。
• EEPROM 還提供隨機資料訪問功能。此功能允許高效快速地進行資料操作和管理。
• EEPROM 的功耗非常低。因此，它更適合用於電池供電的裝置，在這些裝置中，能源效率非常重要。
• EEPROM 是一種經濟高效的只讀儲存器裝置，旨在用於現代數字系統。

結論

在本章中，我們解釋了 RAM 和 ROM 的基礎知識，以及它們的不同型別和特性。