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半导体存储器的分类及应用半导体存储器主要分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
1. 随机存储器（RAM）：RAM是一种易失性存储器，其中存储的数据在断电后会丢失。
RAM主要用于临时存储计算机的运行数据和程序。
根据存储单元的结构，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。
- 静态随机存储器（SRAM）：SRAM由触发器构成，每个存储单元需要多个晶体管和电容器来存储一个位。
SRAM具有快速访问速度和较低的功耗，常用于高速缓存、寄存器文件和缓冲存储器等。
- 动态随机存储器（DRAM）：DRAM由电容器和晶体管构成，每个存储单元只需要一个电容器和一个晶体管来存储一个位。
DRAM的存储单元较小，但在每次读取数据后需要刷新电容器，因此访问速度相对较慢。
DRAM广泛应用于主存储器（内存）和图形存储缓冲区等。
2. 只读存储器（ROM）：ROM是一种非易失性存储器，其中存储的数据在断电后不会丢失。
ROM主要用于存储不需要频繁修改的固定数据，例如计算机的固件程序、启动代码和存储器初始化信息等。
根据存储单元的可编程性，ROM可分为可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。
- 可编程只读存储器（PROM）：PROM的存储单元由固定的晶体管和电容器组成，存储内容不能被修改。
- 可擦除可编程只读存储器（EPROM）：EPROM的存储单元由浮栅晶体管（FET）和电容器组成，可以通过曝光紫外光擦除并重新编程。
EPROM的擦除程序相对麻烦。
- 电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）：EEPROM的存储单元由浮栅晶体管（FET）和电容器组成，可以通过电信号擦除和编程。
EEPROM的擦除和编程过程相对容易，且可以单独对存储单元进行操作。
半导体存储器广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统等领域，包括但不限于以下几个应用：- 主存储器（内存）：作为计算机的主要存储器，用于存储正在执行的程序和运行数据。
单元8 半导体存储器8-1基本理论: 存储器的种类与特性半导体存储器是存储大量的二进制信息的半导体器件。
根据功能划分，有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两大类。
8-1.1只读存储器ROM(固定存储器)一、特点：1、ROM中的信息是预先写好的，工作时，只能从中读出信息，一般不能随时修改和写入数据。
即不能简单修改。
2、掉电以后，程序也不会丢失。
3、ROM一般用于存储系统程序或用户程序。
二、ROM根据数据写入的方式不同分为三种：1、掩膜ROM：电路在制造过程中，按照用户的要求将信息用掩膜板确定下来。
所以电路出厂以后，内部存储的程序不能改变，只能读出。
不能改动。
2、PROM：可编程存储器，用户可以写入数据。
但一经写入数据后，就不能再改。
PROM在出厂时，存储单元全为“0”或“1”，使用时根据需要将其改写，但只能改写一次。
如：双极型三极管和熔断丝组成的PROM存储单元在出厂时产品的熔断丝全是通的，即存储单元全为1，使用时，如欲使某些单元改为0，则给这些单元通以足够大的电流，将熔断丝烧掉，熔断丝烧掉后，不能再恢复，所以只改写一次。
3、EPROM：它克服了PROM不能改写数据的缺点，用户可以用紫外线擦除存储的数据。
但一般擦除和编程的时间较慢，次数也不宜多，因此，正常工作时它仍工作在读出的状态。
4、EEPROM：EPROM只能整体擦除，不能一个存储单元一个存储单元地独立擦除。
EEPROM是不需要紫外线照射而采用电可改写的ROM，擦除和编程的电流很小，速度也很高。
8-1.2随机存储器RAM一、特点：1、RAM既可以随时从指定的存储单元中读出数据，又可以随时指定的存储单元中写入数据。
所以它存取数据方便，使用灵活，广泛用于计算机的内存中。
2、存储功能必须有外加电源的支持，停电后，存储的数据全部丢失。
二、RAM分为静态RAM和动态RAM两种。
与动态RAM相比,静态RAM消耗功率多,价格高,但无须数据刷新,故电路简单。
半导体存储器半导体存储器，是一种以存储二值信息的大规模集成电路作为存储媒体的存储器，常用于存储程序、常数、原始数据、中间结果和最终结果等数据，是微型计算机的重要记忆元件。
半导体存储器有存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等优点，主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。
目录∙半导体存储器概述∙半导体存储器分类∙半导体存储器原理∙半导体存储器的指标∙半导体存储器概述o和逻辑运算器一样，半导体存储器同样也是各种电子计算机的关键部件，并且广泛应用于各类通讯和家用电子设备中；如今大到超级计算机和航天飞机，小到手机、语言复读机、各种电子玩具以及智能卡，都用到不同种类的半导体存储器；没有存储记忆功能的数字集成系统芯片(system on chip, SOC)，就像人的大脑失去了记忆，如此可知存储器和逻辑运算器同等重要、缺一不可。
现代半导体存储器的基本特点包括高密度、大容量、高速度、低功耗、低成本、类型多、功能强、用途广，几乎在每种半导体存储器中都采用金属-氧化层-半导体（MOS）工艺，并位于整个MOS芯片制造工艺的前沿。
∙半导体存储器分类o半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成部分。
半导体存储器分类如下：按制造工艺分，有双极型和MOS型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）三类。
1.顺序存取存储器（简称SAM）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
2.随机存取存储器（简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
半导体存储器概述半导体存储器是一种电子设备，用于存储计算机和其他电子设备中的数据。
它是一种非易失性存储器，意味着即使断电也可以保持存储的数据。
本文将对半导体存储器进行概述，包括其基本工作原理、不同类型的半导体存储器以及其在计算机和其他应用中的主要用途。
半导体存储器的基本工作原理是根据半导体上存储器细胞的电荷状态来存储和检索数据。
在半导体存储器中，每个存储器单元称为位（bit）。
位是最小的存储单元，由一个晶体管和一个电容器组成。
晶体管可用于控制电荷的读取和写入，而电容器可用于储存电荷，从而表示存储的数据。
RAM 是一种易失性存储器，意味着当断电时，其中存储的数据将丢失。
然而，RAM 具有快速和随机访问数据的能力，适用于计算机内存。
RAM 可以分为静态RAM（Static RAM，SRAM）和动态RAM（Dynamic RAM，DRAM）两类。
SRAM使用了多个晶体管来构成每个存储单元，能够存储数据的时间更长，但相应地也需要更多的面积。
因此，SRAM内存更快但价格更昂贵，通常用于高速缓存和寄存器文件等需要快速访问的应用。
DRAM使用一个传输线和一个电容来存储一个位。
传输线用于读取和写入数据，电容用于存储电荷。
由于电容器电荷会逐渐泄漏，DRAM需要经常刷新来保持存储的数据，所以在功耗和速度上相对较差。
然而，DRAM的密度更高，价格更低，通常用于计算机的主存储器。
ROM是一种只能读取的存储器，用于存储程序和数据，无法修改。
ROM是非易失性存储器，意味着断电后其中存储的数据不会丢失。
几种常见的ROM包括PROM、EPROM和EEPROM。
PROM（Programmable Read Only Memory）是一种在制造时没有写入数据的 ROM，可以通过电气操作编程或擦除。
EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）是一种可以擦除和重新编程的 ROM，需要 UV 紫外线擦除器来擦除数据。
半导体存储器是计算机和电子设备中常用的内部存储器类型，根据不同的特性和用途，可以分为多种分类。
以下是常见的半导体存储器分类：1.RAM（随机存取存储器）：SRAM（静态随机存取存储器）：使用触发器构建，读写速度快，但需要较多的芯片面积和功耗。
DRAM（动态随机存取存储器）：基于电容的存储单元，需要定期刷新，但相对较高的存储密度使其成为主流内存选项。
2.ROM（只读存储器）：PROM（可编程只读存储器）：用户一次性编程，无法擦除或重新编程。
EPROM（可擦除可编程只读存储器）：需要特殊设备进行擦除，然后重新编程。
EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可通过电子擦除和编程，较为灵活，但擦写次数有限。
Flash 存储器：类似于EEPROM，但支持块擦除，用于各种应用，包括闪存驱动器、存储卡和固态硬盘。
3.Cache 存储器：L1、L2、L3 Cache：位于处理器内部的高速缓存，用于加速数据访问。
缓存存储器层次结构：不同级别的缓存通过层次结构来平衡速度和容量。
4.寄存器文件：寄存器组：在CPU 内部的小型存储器单元，用于存储指令、数据和控制信号。
5.存储卡和存储棒：SD 卡、MicroSD 卡、USB 存储棒等：用于移动设备和计算机的便携式存储。
6.堆栈存储器：堆栈内存：用于存储函数调用、局部变量和返回地址等，通常遵循先进后出（LIFO）原则。
7.内存芯片：内存芯片：集成了多个存储单元，通常作为外部存储器使用。
这些存储器类型在不同的应用场景中具有不同的特点和用途。
随着技术的发展，各类存储器不断优化和演进，以满足日益复杂的计算和数据存储需求。
第7章半导体存储器
内容提要
半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求
掌握：
（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：
（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点
本章重点：
（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS反相器、动态CMOS移存单元及MOS静态、动态存储单元的工作原理。
7.1 半导体存储器及分类
半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成部分。
半导体存储器分类如下：
按制造工艺分，有双极型和MOS型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将
随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
（3）只读存储器（简称ROM）：信息被事先固化到存储器内，可以长期保留，断电也不丢失。
它在正常运行时，只能读出信息，而不能写入。
只读存储器有固定ROM和可编程ROM两类。
可编程ROM 又有一次可编程ROM（简称PROM）、光可擦可编程ROM（简称EPROM）、电可擦可编程ROM（简称EEPROM或E2PROM）、快闪存储器（Flash Memory）等几种类型。
7.2 顺序存取存储器（SAM）
SAM主要由动态移存器构成，它在不断刷新的前提下，可以存储大量数据，但在存取数据时，必须按先进先出或先进后出的原则顺序进行。
7.3 随机存取存储器（RAM）
在RAM工作时可以随时从任何一个指定地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元中去。
它的优点是读、写方便，使用灵活。
缺点是一旦断电以后所存的数据将随之丢失，即存在数据易失性的问题。
RAM由地址译码器、存储矩阵和读写控制电路三部分组成。
它能对任意一个地址单元进行读写操作。
RAM有SRAM和DRAM两类：
（1）SRAM的存储单元为R–S触发器，如六管CMOS静态存储单元，因此不需要刷新；
（2）DRAM由动态存储单元（三管、单管动态存储单元）构成存储矩阵。
它是利用栅电容C或集成电容C S来暂存信号的，因此需要不断刷新。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
7.4 只读存储器（ROM）
只读存储器属于非易失存储器，断电后存储的数据不丢失。
1. 固定（掩模）ROM
芯片在生产厂制造时就把用户需要存储的内容用电路结构固定下来，使用时无法再改变，只能读出，不能写入。
存储单元可以用二极管构成，也可以用双极性三极管或MOS管构成。
2. 一次性可编程ROM（PROM）
PROM的总体结构与固定（掩模）ROM相同，所不同的是在芯片出厂时已经在存储矩阵的所有交叉点上全部制作了存储单元，存储单元全为1（或0），用户可用编程器将所需要的内容一次性写入，但一经写入就不能再修改。
3. 光可擦可编程ROM（EPROM）
这种ROM具有较大的使用灵活性，它存储的内容不仅可以由用户写入，而且还能擦去重写，但擦除时需用紫外线对芯片照射；写入时需
外加较高的电压，其过程较复杂、费时，所以在正常工作时仍然是只读不写。
4. 电可擦可编程ROM（EEPROM）
EEPROM只需在高压脉冲或工作电压下就可以进行擦除，而不需要借助紫外线照射，所以比EPROM更灵活方便，而且它还有字擦除（只擦一些或一个字）功能。
由于它可以在线改写，可以逐字改写，使其应用范围逐渐扩大，如在IC卡中应用。
5. 快闪存储器（Flash Memory）
快闪存储器是新一代用电信号擦除的可编程ROM。
它既具有EPROM 结构简单、编程可靠的优点，又具有EEPROM擦除快捷、集成度高的特点。
由于其集成度高、容量大、成本低和使用方便，应用日益广泛，如用于数码相机、MP3随身听等。
7.5 半导体存储器的主要技术指标
1. 存储容量
存储容量指存储器所能存放信息的多少，存储容量越大，说明它能存储的信息越多。
存储器中的一个基本存储单元能存储1 bit的信息，也就是可以存入一个0或一个1，所以存储容量就是该存储器基本存储单元的总数。
一个内有8 192个基本存储单元的存储器，其存储容量为8K（1K = 210 =1 024）；这个存储器若每次可以读（写）8位二值码，说明它可以存储1K个字，每字为8位，这时的存储容量也可以用1K×8位表示。
2. 存取时间
存储器的存取时间一般用读（或写）周期来描述，连续两次读取（或写入）操作所间隔的最短时间称为读（或写）周期。
读（或写）周期短，即存取时间短，存储器的工作速度就高。
7.6 存储容量扩展方法
当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的要求时，就需要将若干片ROM或RAM组合起来，形成一个容量更大的存储器。
存储器的扩展主要工作是地址线、数据线和控制线的连接。
例7–1由8片256×4位的存储器，组成1024×8位的存储空间如图7–6–1所示。
图7–6–1 例7–1图
7.7 用ROM实现组合逻辑
由于可编程ROM中的地址译码器是个与阵列，存储矩阵是个或矩阵，因而在地址端输入逻辑函数的变量，只要对存储矩阵编程就可在ROM的数据输出端获得任意所需的组合逻辑函数。
因此利用可编程ROM集成片实现组合逻辑以完成各种组合逻辑功能是非常方便实用的。
自我检测题
1.若存储芯片的容量为128K×8位，问
（1）访问该芯片需要多少位地址？
（2）假定该芯片在存储器中首地址为A0000H，则末位地址应为多少？
2.将一个包含有32 768个基本存储单元的存储电路设计成4 096个字节的RAM，该RAM（1）有几根数据线？（2）有几根地址线？
3.试用8×4 位RAM扩展为（1）32×4 位RAM；（2）16×8 位RAM。
4.已知Z=X2Y，其中X、Y均为2位二进制数，试画出Z的PROM阵列图。
5.已知多输出组合逻辑电路的输出函数表达式为
若用ROM实现该多输出组合逻辑电路，ROM的容量应为多少？画出阵列图。
思考题
1.半导体存储器如何分类？有哪些主要技术指标？
2. SAM、RAM（SRAM、DRAM）、ROM（ROM、PROM、EPROM）各有什么特点？
3. RAM主要由哪三部分组成？它们的功能是什么？
4. RAM的MOS静态存储器单元与MOS动态存储器单元各有什么特点？
5.如何进行RAM存储容量的扩展？
6.如何用ROM来实现组合逻辑电路？。
