半导体存储器及其接口

半导体存储器分类介绍§ 1. 1 微纳电子技术的发展与现状§1.1.1 微电子技术的发展与现状上个世纪50年代晶体管的发明正式揭开了电子时代的序幕。

此后为了提高电子元器件的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高。

1962年，由金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）组装成的集成电路（IC）成为微电子技术发展的核心。

自从集成电路被发明以来[1,2]，集成电路芯片的发展规律基本上遵循了Intel 公司创始人之一的Gordon Moore在1965年预言的摩尔定律[3]：半导体芯片的集成度以每18个月翻一番的速度增长。

按照这一规律集成电路从最初的小规模、中规模到发展到后来的大规模、超大规模（VLSI），再到现在的甚大规模集成电路（ULSI）的发展阶段。

随着集成电路制造业的快速发展，新的工艺技术不断涌现，例如超微细线条光刻技术与多层布线技术等等，这些新的技术被迅速推广和应用，使器件的特征尺寸不断的减小。

其特征尺寸从最初的0.5微米、0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、0.15 微米、0.13 微米、90 纳米、65 纳米一直缩短到目前最新的32纳米，甚至是亚30纳米。

器件特征尺寸的急剧缩小极大地提升了集成度，同时又使运算速度和可靠性大大提高，价格大幅下降。

随着微电子技术的高速发展，人们还沉浸在胜利的喜悦之中的时候，新的挑战已经悄然到来。

微电子器件等比例缩小的趋势还能维持多久？摩尔定律还能支配集成电路制造业多久？进入亚微米领域后，器件性能又会有哪些变化？这一系列的问题使人们不得不去认真思考。

20世纪末期，一门新兴的学科应运而生并很快得到应用，这就是纳电子技术。

§1.1.2 纳电子技术的应用与前景2010年底，一篇报道英特尔和美光联合研发成果的文章《近距离接触25nm NAND闪存制造技术》[4]，让人们清楚意识到经过近十年全球范围内的纳米科技热潮，纳电子技术已逐渐走向成熟。

第七章 半导体存储器数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。

存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。

半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。

目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。

存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。

半导体存储器的分类根据使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM —Random Access Memory ）和只读存储器（ROM —Read-Only memory ）。

按照存储机理的不同，RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。

存储器的容量存储器的容量=字长（n ）×字数（m ）7.1随机存取存储器（RAM ）随机存取存储器简称RAM ，也叫做读/写存储器，既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。

RAM 的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。

一． RAM 的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。

存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出入图7.1—1 RAM 的结构示意框图1. 存储矩阵RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。

图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。

属多字1位结构，1024个字排列成32×32的矩阵，中间的每一个小方块代表一个存储单元。

为了存取方便，给它们编上号，32行编号为X 0、X 1、…、X 31，32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。

这样每一个存储单元都有了一个固定的编号（X i 行、Y j 列），称为地址。

11113131131********列 译 码 器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......X X X Y Y Y 0131131A A A A A A A A A A 地 址 输 入地址输入0123456789D D数据线....图7.1－5 1024×1位RAM 的存储矩阵2． 址译码器址译码器的作用，是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。

半导体存储器的分类作者去者日期 2010-3-20 14:27:002推荐1．按制造工艺分类半导体存储器可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。

双极型（bipolar）由TTL晶体管逻辑电路构成。

该类存储器件的工作速度快，与CPU处在同一量级，但集成度低，功耗大，价格偏高，在微机系统中常用做高速缓冲存储器cache。

金属氧化物半导体型，简称MOS型。

该类存储器有多种制造工艺，如NMOS, HMOS, CMOS, CHMOS等，可用来制造多种半导体存储器件，如静态RAM、动态RAM、EPROM等。

该类存储器的集成度高，功耗低，价格便宜，但速度较双极型器件慢。

微机的内存主要由MOS型半导体构成。

2．按存取方式分类半导体存储器可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类。

ROM是一种非易失性存储器，其特点是信息一旦写入，就固定不变，掉电后，信息也不会丢失。

在使用过程中，只能读出，一般不能修改，常用于保存无须修改就可长期使用的程序和数据，如主板上的基本输入/输出系统程序BIOS、打印机中的汉字库、外部设备的驱动程序等，也可作为I/O数据缓冲存储器、堆栈等。

RAM是一种易失性存储器，其特点是在使用过程中，信息可以随机写入或读出，使用灵活，但信息不能永久保存，一旦掉电，信息就会自动丢失，常用做内存，存放正在运行的程序和数据。

（1）ROM的类型根据不同的编程写入方式，ROM分为以下几种。

① 掩膜ROM掩膜ROM存储的信息是由生产厂家根据用户的要求，在生产过程中采用掩膜工艺（即光刻图形技术）一次性直接写入的。

掩膜ROM一旦制成后，其内容不能再改写，因此它只适合于存储永久性保存的程序和数据。

② PROMPROM（programmable ROM）为一次编程ROM。

它的编程逻辑器件靠存储单元中熔丝的断开与接通来表示存储的信息：当熔丝被烧断时，表示信息“0”；当熔丝接通时，表示信息“1”。

由于存储单元的熔丝一旦被烧断就不能恢复，因此PROM存储的信息只能写入一次，不能擦除和改写。

半导体存储器一．存储器简介存储器（Memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。

在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。

计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

存储器件是计算机系统的重要组成部分，现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。

存储器（Memory）计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

它根据控制器指定的位置存入和取出信息。

自世界上第一台计算机问世以来，计算机的存储器件也在不断的发展更新，从一开始的汞延迟线，磁带，磁鼓，磁芯，到现在的半导体存储器，磁盘，光盘，纳米存储等，无不体现着科学技术的快速发展。

存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。

存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。

这些器件也称为记忆元件。

在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。

记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。

日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。

计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。

储器的存储介质，存储元，它可存储一个二进制代码。

由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。

一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。

每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。

一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。

假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单元地址。

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。

第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。

6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。

主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。

根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。

SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。

一般工作条件下，EPROM 是只读的。

2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。

（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。

TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。

（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。

MTBF越长，可靠性越高。

（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。

半导体存储器的分类和特点
1. 嘿，咱先来说说半导体存储器里的随机存储器（RAM）呀。

就好比
你的书桌，随时能放东西上去，也能随时拿走，可方便啦！比如你的手机运行程序时，这些数据就可以随时被读写，快速得很呢！
2. 然后呢，还有只读存储器（ROM）哦。

这就像是一本固定的百科全书，
里面的知识是预先存好的，不能随便改，但是却能一直被读取。

像电脑的BIOS 就是用它呢，稳定得很呐！
3. 再说说闪存（Flash）呀。

这个可厉害啦，就像一个超灵活的小仓库！比
如我们的 U 盘，能存好多东西，随时携带，随时用，多棒呀！
4. 静态随机存储器（SRAM）也不能忽略呀！它的速度那叫一个快，就像短跑运动员一样迅猛。

像一些高速缓存就常用它，是不是很了不起？
5. 动态随机存储器（DRAM）呢，虽然速度比SRAM 慢点，但它容量大呀，像个大容量的储存箱。

电脑的内存很多就是用的它呢！
6. 还有一种叫可编程只读存储器（PROM）呢，就好比一个可以自己设定规则的小天地。

一旦设定好，就按照你的想法来，多有意思！
7. 最后是电可擦可编程只读存储器（EEPROM）呀，它就像一个可以反复
修改的笔记，想怎么改就怎么改。

像一些需要经常更新数据的地方就常用它啦！
总之啊，半导体存储器的分类可多啦，每种都有自己独特的特点和用处，真的是超级厉害呢！。

半导体存储器原理半导体存储器是计算机系统中至关重要的组成部分，它用于数据的存储和读取。

在本文中，我们将讨论半导体存储器的原理和工作机制。

一、概述半导体存储器是由多个存储单元组成的，每个存储单元可以存储一个或多个二进制位的数据。

根据存取方式的不同，半导体存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

二、随机存取存储器（RAM）1. SRAM（静态随机存取存储器）SRAM使用触发器作为存储单元，每个存储单元由多个晶体管构成。

SRAM具有高速读写的特点，但需要更多的晶体管，因此在成本上较高。

2. DRAM（动态随机存取存储器）DRAM使用电容器作为存储单元，每个存储单元由一个电容器和一个晶体管构成。

由于电容器会自然漏电，因此DRAM需要定期刷新操作来重新存储数据。

尽管DRAM读写速度较慢并需要刷新操作，但其成本较低。

三、只读存储器（ROM）只读存储器是一种无法修改存储内容的存储器。

常见的ROM类型有：1. PROM（可编程只读存储器）：可以被编程一次，之后无法改变。

2. EPROM（可擦写可编程只读存储器）：可以被擦除和重新编程。

3. EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可以通过电信号进行擦除和重新编程。

四、工作原理半导体存储器的工作原理基于半导体器件的特性。

以SRAM为例，当输入一个写入信号时，存储单元的触发器会将数据保存在其中。

当输入一个读取信号时，存储单元的数据将被传输到输出线上。

对于DRAM，输入的写入信号会改变电容器的电荷状态来保存数据。

读取信号会读取电容器的电荷状态，并将其转换为电压信号，随后输出。

只读存储器在制造过程中被编程或擦除，因此存储内容无法再次修改。

五、总结半导体存储器是现代计算机系统中重要的组成部分。

它具有高速读写、可擦写的特性，因此在数据存储和读取方面具有广泛应用。

无论是RAM还是ROM，每种存储器都有其各自的特点和应用场景。

通过了解半导体存储器的原理和工作机制，我们能够更好地理解计算机系统中数据的存储过程。

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10章存储器及其接口典型试题一．填空题1.只读存储器ROM有如下几种类型：＿＿＿＿。

答案：掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM2.半导体存储器的主要技术指标是＿＿＿＿。

答案：存储容量、存储速度、可靠性、功耗、性能/价格比3.在16位微机系统中，一个存储字占用两个连续的8位字节单元，字的低8位存放在＿＿＿＿、高8位存放在＿＿＿＿。

答案：低地址单元、高地址单元4.SRAM芯片6116（2K×8B）有＿＿＿＿位地址引脚线、＿＿＿＿位数据引脚线。

答案：11 85.在存储器系统中，实现片选控制有三种方法，它们是＿＿＿＿。

答案：全译码法、部分译码法、线选法6.74LS138译码器有三个“选择输入端”C、B、A及8个输出端，当输入地址码为101时，输出端＿＿＿＿有效。

答案：7.半导体静态存储器是靠＿＿＿＿存储信息，半导体动态存储器是靠＿＿＿＿存储信息。

答案：触发器电荷存储器件8.对存储器进行读/写时，地址线被分为＿＿＿＿和＿＿＿＿两部分，它们分别用以产生＿＿＿＿和＿＿＿＿信号。

答案：片选地址片内地址芯片选择片内存储单元选择二．单项选择题1．DRAM2164（64K×1）外部引脚有（）。

A.16条地址线、2条数据线B.8条地址线、1条数据线C.16条地址线、1条数据线D.8条地址线、2条数据线分析：从芯片容量（64K×1B）来看，有64K个编址单元，应有16条地址线（216=64K）。

但DRAM芯片集成度高、容量大、引脚数量不够，一般输入地址线采用分时复用锁存方式，即将地址信号分成二组、共用一组线，分两次送入片内。

而2164却有二条数据线，一条作为输入，一条作为输出。

答案：D 2．8086能寻址内存贮器的最大地址范围为（）。

A.64KBB.512KBC.1MBD.16KB分析：8086有20条地址总线A0～A19，它可以表示220=1M个不同的状态。

答案：C3．若用1K×4的芯片组成2K×8的RAM，需要（）片。