半导体存储器及存储扩展

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：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）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。

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。

半导体存储器概述半导体存储器（Semiconductor Memory）是一种用于存储和读取数字信息的电子设备，广泛应用于计算机、通信设备、嵌入式系统等各种电子设备中。

相比于传统的磁性存储器，半导体存储器具有速度快、功耗低以及体积小等优点，因此在现代电子设备中得到广泛使用。

半导体存储器的基本构成单元是存储单元，它是由一个或多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个或多个二进制位的信息。

存储单元可以分为静态存储单元（Static Random Access Memory，SRAM）和动态存储单元（Dynamic Random Access Memory，DRAM）两类。

静态存储单元由6个晶体管组成，其中包括两个交叉连接的反相非门（Inverter），一个传输门（Transfer Gate）和两个位线连接器（Bit Line）。

SRAM主要用于高速缓存等需要快速访问和读写的场景中，速度快、性能好，但是价格昂贵且功耗较高。

动态存储单元则由一个电容和一个开关管组成，电容用于存储信息，开关管用于控制读写操作。

DRAM的存储单元面积小，功耗低，但是随着时间的推移，电容中存储的电荷会逐渐泄漏导致信息丧失，因此需要定期刷新。

DRAM被广泛应用于主存储器（Main Memory）中。

除了SRAM和DRAM之外，还有一些其他的半导体存储器类型，如闪存（Flash Memory）、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）和EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory）等。

闪存是一种非易失性存储器，主要用于嵌入式系统和便携设备中。

它通过划分为多个块并使用电荷来存储信息，可以被分别擦除和写入。

闪存的特点是存储密度高、功耗低、可擦写次数有限。

EEPROM是可以通过电压改编信息的一种可擦写存储器，通常用于存储配置参数、固件等不需要频繁修改的数据，具有很高的擦写次数和可靠性。