存储器是用来存放数据的集成电路或介质，常见的存储器有半导体存储器（ROM 、RAM ）、光存储器（如CD 、VCD 、MO 、MD 、DVD ）、磁介质存储器（如磁带、磁盘、硬盘）等。存储器是计算机极为重要的组成部分，有了它计算机才具有存储信息的功能，使计算机可以脱离人的控制自动工作。单片机系统中主要使用的存储器是半导体存储器，从使用功能上，可分为随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）两类。RAM 主要用于存放各种现场数据、中间计算结果，以及主机与外设交换信息等，它的存储单元的内容既可读出，又可写入。ROM 中存储的信息只能读出，不能写入，如PC 机主板上的存放BIOS 程序的芯片就是ROM 存储器。
2.3.1 RAM 存储器
RAM 存储器是指断电时信息会丢失的存储器，但是这种存储器可以现场快速地修改信息，所以RAM 存储器是可读写存储器，一般都作为数据存储器使用，用来存放现场输入的数据或者存放可以更改的运行程序和数据。根据其工作原理不同，可分为以下两类：基于触发器原理的静态读写存储器（SRAM ，Static RAM）和基于分布电容电荷存储原理的动态读写存储器（DRAM ，Dynamic RAM）。
一般SRAM 用于仅需要小于64KB 数据存储器的小系统或作为大系统中高速缓冲存储器；而DRAM 常用于需要大于64KB 的大系统，这
样刷新电路的附加成本会被大容量的DRAM 低功耗、低成本等利益所补偿。
SRAM 的基本结构如图所示。
RAM 的结构大体由三部分组成：地址译码器，存储矩阵，输入/输出电路。
SRAM的基本结构
1. 地址译码方式
地址译码有两种方式，一种是单译码方式，或称为字结构方式；另一种是双译码方式，或称为X-Y 译码结构。
1）单译码方式
16字×4位的存储器共有64个存储单元，排列成16行×4列的矩阵，每个小方块表示一个存储单元。电路设有4根地址线，可寻址24＝16个地址逻辑单元，若把每个字的所有4位看成一个逻辑单元，使每个逻辑单元的4个存储单元具有相同的地址码，译码电路输出的这16根字线刚好可以选择16个逻辑单元。每选中一个地址，对应字线的4
位存储单元同时被选中。选中的存储单元将与数据位线连通，即可按照要求实现读或写操作了。
16字×4位单译码存储器结构
2）双译码结构
下图是一个双译码结构的16字×1的地址译码存储器。视每个字的1位存储单元构成一个逻辑单元，图中每个小方块表示一个逻辑单元。16个可寻址逻辑单元排列成4×4的矩阵，为减少地址译码电路的输出数量，采用双重译码结构，每个地址译码的输出线数为22＝4根（单译码方式需16根地址输出线）。图中A0、A1是行地址码，A2、A3是列
地址码。行、列地址经译码后分别输出4根字线X0～X3和Y0～Y3。X 字线控制矩阵中的每一行是否与位线连通，一行中究竟哪个逻辑单元被选中则由Y 字线控制。被选中的单元将与数据线连通，以交换信息。
图2.3.3 双译码结构地址译码存储器
2. 读写控制电路
在RAM 结构中，读出和写入的数据线是公用的，为控制电路中数据的流向，设立了专门的读写控制电路。
读写控制电路
门G1、G2是控制信号为高电平有效的三态门，I/O线即为RAM 的外接数据总线。在控制信号的作用下，它可以和存储单元的内部数据线D 接通或断开。
当片选信号CS = 0有效时，读写控制信号WE 可以控制信号的流向。若WE = 1时，外电路向存储器读取数据，门G4导通，输出高电平，门G3截止，对应输出给三态门G1的控制信号无效，G1输出高阻状态，G2开启，D 上的数据通过G2送到总线I/O上，实现读操作。当WE = 0时，情况刚好和前面相反，这时G1开启，G2输出高阻状态，数据只能由I/O送给D ，实现写操作。
2.3.2 ROM 存储器
只读存储器（ROM ）的特点是：其内容是预先写入的而且一旦写入，使用时就只能读出不能改变，掉电时也不会丢失。
1. ROM的结构与工作原理
ROM 的结构与RAM 十分相似，它由存储矩阵、地址译码器、读放与选择电路组成。地址译码器可以是单译码，也可以是双译码。
ROM的结构框图
2. ROM的点阵结构表示法
如图所示，将存储器字线和位线画成相互垂直的一个阵列，每一个交叉点对应一个存储元，交叉点上有黑点表示该存储元存1，无黑点表示该存储元存0，这就是存储器的点阵图表示方法。ROM 点阵结构表示法是一种新思路，它对后来其他可编程器件的发展起到了奠基作用。
ROM的点阵结构表示图
如果把ROM 看作组合逻辑电路，则地址码A1A0是输入变量，数据码D3～D0是输出变量，由上图可得输出函数表达式： D3=A1A0+A1A0
D2=A1A0+A1A0+A1A0
D1=A1A0+A1A0+A1A0
D0=A1A0+A1A0
逻辑函数是与或表达式，每一条字线对应输入变量的一个最小项。由此可列出逻辑函数真值表。
上图中ROM 存储器的内容
3. 闪速存储器
闪速存储器（Flash EEPROM）可以用来存放程序，但由于其读写方便，也可以像RAM 一样存放经常需要修改的数据，所以又称为Flash Memory 。与其他类型半导体存储器相比较，Flash EEPROM具有大容量、读写方便、非易失性和低成本4个显著优点，在单片机控制系统和移动信息设备中得到广泛的应用。
1）低电压在线编程，使用方便，可多次擦写
现代的Flash EEPROM存储器都只使用5V 或3V 单电源供电，而编程时所需的高压及时序均由片内的编程电路自动产生，外围电路少，编程就像装载普通RAM 一样简单， 而高压编程电流也只有几毫安，因此非常适合于在应用系统中（尤其在低电压系统中）进行在线编程和修
改，在智能化的工业控制和家电产品等方面都得到了很广泛的应用。其可重复擦写寿命也都在105次以上，能够满足许多场合的需要。
2）按块/按扇区擦除，按字节编程
Flash EEPROM 产品，可以以小扇区为单位进行擦除（几十字节到几百字节为一个扇 区），也可以全片快速擦除。而编程则是按字节进行。
3）完善的数据保护功能
Flash EEPROM 具有以下5种软、硬件保护功能，保证片内数据不会意外丢失。
（1）噪声滤波器：所有的控制线都有过滤电路，以消除任何小于15ns 噪声脉冲。
（2）V cc 感应器：一般V cc 跌至3.8V 以下（对3V 器件为1.8V 以下）时，编程将被禁止。
（3）上电延迟：V cc 在上电后的5ms 内，编程被禁。
（4）三线控制：OE 、CE 及WE 三条控制线只要一条不处于正确电平，编程将被禁止。
（5）软件数据保护：所有对Flash EEPROM的数据的改写都需要通过编程算法完成。
在单片机系统中主要采用大容量的Flash EEPROM ，对Flash EEPROM 的访问通过分页面的方法来进行，详细的接线方法见第7章。
存储器是用来存放数据的集成电路或介质，常见的存储器有半导体存储器（ROM 、RAM ）、光存储器（如CD 、VCD 、MO 、MD 、DVD ）、磁介质存储器（如磁带、磁盘、硬盘）等。存储器是计算机极为重要的组成部分，有了它计算机才具有存储信息的功能，使计算机可以脱离人的控制自动工作。单片机系统中主要使用的存储器是半导体存储器，从使用功能上，可分为随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）两类。RAM 主要用于存放各种现场数据、中间计算结果，以及主机与外设交换信息等，它的存储单元的内容既可读出，又可写入。ROM 中存储的信息只能读出，不能写入，如PC 机主板上的存放BIOS 程序的芯片就是ROM 存储器。
2.3.1 RAM 存储器
RAM 存储器是指断电时信息会丢失的存储器，但是这种存储器可以现场快速地修改信息，所以RAM 存储器是可读写存储器，一般都作为数据存储器使用，用来存放现场输入的数据或者存放可以更改的运行程序和数据。根据其工作原理不同，可分为以下两类：基于触发器原理的静态读写存储器（SRAM ，Static RAM）和基于分布电容电荷存储原理的动态读写存储器（DRAM ，Dynamic RAM）。
一般SRAM 用于仅需要小于64KB 数据存储器的小系统或作为大系统中高速缓冲存储器；而DRAM 常用于需要大于64KB 的大系统，这
样刷新电路的附加成本会被大容量的DRAM 低功耗、低成本等利益所补偿。
SRAM 的基本结构如图所示。
RAM 的结构大体由三部分组成：地址译码器，存储矩阵，输入/输出电路。
SRAM的基本结构
1. 地址译码方式
地址译码有两种方式，一种是单译码方式，或称为字结构方式；另一种是双译码方式，或称为X-Y 译码结构。
1）单译码方式
16字×4位的存储器共有64个存储单元，排列成16行×4列的矩阵，每个小方块表示一个存储单元。电路设有4根地址线，可寻址24＝16个地址逻辑单元，若把每个字的所有4位看成一个逻辑单元，使每个逻辑单元的4个存储单元具有相同的地址码，译码电路输出的这16根字线刚好可以选择16个逻辑单元。每选中一个地址，对应字线的4
位存储单元同时被选中。选中的存储单元将与数据位线连通，即可按照要求实现读或写操作了。
16字×4位单译码存储器结构
2）双译码结构
下图是一个双译码结构的16字×1的地址译码存储器。视每个字的1位存储单元构成一个逻辑单元，图中每个小方块表示一个逻辑单元。16个可寻址逻辑单元排列成4×4的矩阵，为减少地址译码电路的输出数量，采用双重译码结构，每个地址译码的输出线数为22＝4根（单译码方式需16根地址输出线）。图中A0、A1是行地址码，A2、A3是列
地址码。行、列地址经译码后分别输出4根字线X0～X3和Y0～Y3。X 字线控制矩阵中的每一行是否与位线连通，一行中究竟哪个逻辑单元被选中则由Y 字线控制。被选中的单元将与数据线连通，以交换信息。
图2.3.3 双译码结构地址译码存储器
2. 读写控制电路
在RAM 结构中，读出和写入的数据线是公用的，为控制电路中数据的流向，设立了专门的读写控制电路。
读写控制电路
门G1、G2是控制信号为高电平有效的三态门，I/O线即为RAM 的外接数据总线。在控制信号的作用下，它可以和存储单元的内部数据线D 接通或断开。
当片选信号CS = 0有效时，读写控制信号WE 可以控制信号的流向。若WE = 1时，外电路向存储器读取数据，门G4导通，输出高电平，门G3截止，对应输出给三态门G1的控制信号无效，G1输出高阻状态，G2开启，D 上的数据通过G2送到总线I/O上，实现读操作。当WE = 0时，情况刚好和前面相反，这时G1开启，G2输出高阻状态，数据只能由I/O送给D ，实现写操作。
2.3.2 ROM 存储器
只读存储器（ROM ）的特点是：其内容是预先写入的而且一旦写入，使用时就只能读出不能改变，掉电时也不会丢失。
1. ROM的结构与工作原理
ROM 的结构与RAM 十分相似，它由存储矩阵、地址译码器、读放与选择电路组成。地址译码器可以是单译码，也可以是双译码。
ROM的结构框图
2. ROM的点阵结构表示法
如图所示，将存储器字线和位线画成相互垂直的一个阵列，每一个交叉点对应一个存储元，交叉点上有黑点表示该存储元存1，无黑点表示该存储元存0，这就是存储器的点阵图表示方法。ROM 点阵结构表示法是一种新思路，它对后来其他可编程器件的发展起到了奠基作用。
ROM的点阵结构表示图
如果把ROM 看作组合逻辑电路，则地址码A1A0是输入变量，数据码D3～D0是输出变量，由上图可得输出函数表达式： D3=A1A0+A1A0
D2=A1A0+A1A0+A1A0
D1=A1A0+A1A0+A1A0
D0=A1A0+A1A0
逻辑函数是与或表达式，每一条字线对应输入变量的一个最小项。由此可列出逻辑函数真值表。
上图中ROM 存储器的内容
3. 闪速存储器
闪速存储器（Flash EEPROM）可以用来存放程序，但由于其读写方便，也可以像RAM 一样存放经常需要修改的数据，所以又称为Flash Memory 。与其他类型半导体存储器相比较，Flash EEPROM具有大容量、读写方便、非易失性和低成本4个显著优点，在单片机控制系统和移动信息设备中得到广泛的应用。
1）低电压在线编程，使用方便，可多次擦写
现代的Flash EEPROM存储器都只使用5V 或3V 单电源供电，而编程时所需的高压及时序均由片内的编程电路自动产生，外围电路少，编程就像装载普通RAM 一样简单， 而高压编程电流也只有几毫安，因此非常适合于在应用系统中（尤其在低电压系统中）进行在线编程和修
改，在智能化的工业控制和家电产品等方面都得到了很广泛的应用。其可重复擦写寿命也都在105次以上，能够满足许多场合的需要。
2）按块/按扇区擦除，按字节编程
Flash EEPROM 产品，可以以小扇区为单位进行擦除（几十字节到几百字节为一个扇 区），也可以全片快速擦除。而编程则是按字节进行。
3）完善的数据保护功能
Flash EEPROM 具有以下5种软、硬件保护功能，保证片内数据不会意外丢失。
（1）噪声滤波器：所有的控制线都有过滤电路，以消除任何小于15ns 噪声脉冲。
（2）V cc 感应器：一般V cc 跌至3.8V 以下（对3V 器件为1.8V 以下）时，编程将被禁止。
（3）上电延迟：V cc 在上电后的5ms 内，编程被禁。
（4）三线控制：OE 、CE 及WE 三条控制线只要一条不处于正确电平，编程将被禁止。
（5）软件数据保护：所有对Flash EEPROM的数据的改写都需要通过编程算法完成。
在单片机系统中主要采用大容量的Flash EEPROM ，对Flash EEPROM 的访问通过分页面的方法来进行，详细的接线方法见第7章。