一文帶你認識半導體存儲器

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一、微機系統存儲器的分級結構

存儲器是微機系統中必不可少的存儲設備，主要用于存放程序和數據。大家都知道，盡管寄存器和存儲器均用于存儲信息，但是鑒于CPU内的寄存器數量少，存取速度快，它主要用于臨時存放參加運算的操作數和中間結果；而存儲器一般在CPU外，單獨封裝。

分級結構：高速緩沖存儲器(Cache)、主存儲器(MM)、輔助存儲器(外存儲器)。

存儲特點：計算機實現大容量記憶功能的核心部件存儲記憶信息（按位存放）

位(bit)存放--具有記憶功能：

性能:容量、存取速度、成本内/外部存儲器

與CPU的接口：串/并行Serial/Parallel

二、半導體存儲器的性能指标

1.容量=字數(存儲單元數)×字長 ==位數（bit）

微機：8/16/32/64位字長兼容8位機==>字節BYTE為單位

62C256：（256K）32K*8B

27C010：1M（128K*8B）

27C210：1M（64K*16B）

2.最大存取時間訪問一次存儲器（對指定單元寫入或讀出）所需要的時間，一般為幾ns到幾百ns。

比如：27C512-15：150ns；PC100SDRAM-8：8ns, PC133SDRAM：7ns

3.功耗：每個存儲元（bit）消耗功率的大小：µW/位、mW/位

4.可靠性：對電磁場及溫度變化等的抗幹擾能力，無故障時間。

其它性能指标還有集成度、價格等。

三、半導體存儲器分類

存儲器的種類很多，根據運行時存取（讀寫）過程的不同分類将存儲器分為兩大類：

隻讀存儲器（Read Only Memory，簡稱ROM）。

随機讀寫存儲器(Random Access Memory，簡稱RAM)。

按制造工藝分為：

四、存儲器的内部結構

存儲器内部結構由地址譯碼器、存儲單元、控制邏輯電路等部分組成。

地址譯碼器:接收n位地址，産生2n個選擇信号

控制邏輯電路：接收片選、讀寫信号，控制傳送

數據緩沖器：數據中轉

存儲體：主體，由存儲單元按規律排列｛字結構、位結構

存儲器芯片工作狀态由存儲器控制信号電平狀态決定

五、随機存取存儲器（RAM）

1.靜态随機存取存儲器（SRAM）

1)基本存儲電路主要由R—S觸發器構成，其兩個穩态分别表示存儲内容為“0”或為“1”，電源供電存入的數據才可以保存和讀出，掉電原存信息全部丢失所謂“易失性”（volatile)。

2)一個基本存儲電路能存儲一位二進制數，而一個八位的二進制數則需八個基本存儲電路。一個容量為M×NB（如64K×8B）的存儲器則包含M×N個基本存儲電路。這些大量的基本存儲電路有規則地排列在一起便構成了存儲體。

區分不同的存儲單元每個單元規定一個地址号。

靜态RAM（SRAM)基本的存儲電路

典型的SRAM芯片有1K×4位的2114、2K×8位的6116、8K×8位的6264、16K×8位的62128、32K×8位的62256、64K×8位的62512以及更大容量的128K×8位的HM628128和512K×8位的HM628512等。

RAM存儲器芯片舉例：

HM6264: 8K*8bit, 100ns,50/100uA, 55mA, 2V(min)維持電壓

地址譯碼器：對外部地址信号譯碼，用以選擇要訪問的單元。

尋址範圍； I/O接口：0-7，8位， I/O電路：WE（WR）、OE（RD）、 CE或 CS。

關鍵：三态輸出/寫入鎖存

2.動态存儲器DRAM

原理：利用電容器來存放信息0/1。為保持電容器中信息（電荷），所以需要周期性地不斷充電，這一過程稱為刷新。刷新周期通常為2ms-8ms。集成度高（代價：特殊動态（不斷）刷新電路）。

行=列=1時，選中（讀/寫）。存儲刷新：逐行進行（1選中：内部進行：刷新放大器重寫C）。

64kb動态RAM存儲器:

芯片2164A的容量為64K×1位，即片内共有64K（65536）個地址單元，每個地址單元存放一位數據。需要16條地址線，地址線分為兩部分：行地址與列地址。

芯片的地址引線隻要8條，内部設有地址鎖存器，利用多路開關，由行地址選通信号變低（Row Address Strobe），把先出現的8位地址，送至行地址鎖存器；由随後出現的列地址選通信号（Column Address Strobe）把後出現的8位地址送至列地址鎖存器。這8條地址線也用于刷新。

64K存儲體由4個128×128的存儲矩陣構成。每個128×128的存儲矩陣，有7條行地址和7條列地址線進行選擇。7條行地址經過譯碼産生128條選擇線，分别選擇128行；7條列地址線經過譯碼也産生128條選擇線，分别選擇128列。

動态存儲電路應用：

基于預測技術的DRAM

FPM-DRAM：快速頁模式DRAM

EDO DRAM（Extended Data Output）：擴展數據輸出。

SDRAM：同步DRAM

DRDRAM：基于協議的DRAM

3.高集成DRAM（IRAM)

----多片DRAM/SDRAM集成

内存條

SIMM：單列直插式内存模塊（single in-line memory module，縮寫SIMM），一種在20世紀80年代初到90年代後期在計算機中使用的包含随機存取存儲器的内存模塊。它與現今最常見的雙列直插式内存模塊（DIMM）不同之處在于，SIMM模塊兩側的觸點是冗餘的。SIMM根據JEDEC JESD-21C标準進行了标準化。大多數早期PC主闆（基于8088的PC、XT、和早期AT）采用面向DRAM的插座式雙列直插封裝（DIP）芯片。随着計算機内存容量的增長，内存模塊被用于節約主闆空間和簡化内存擴展。相比插入八、九個DIP芯片，隻需插入一個内存模塊就能增加計算機的内存。

DIMM：Dual-Inline-Memory-Modules，雙列直插式存儲模塊，是奔騰CPU推出後出現的新型内存條，它提供了64位的數據通道。因此它在奔騰主闆上可以單條使用。它有168條引腳，故稱為168線内存條。比SIMM插槽長一些，并且支持新型的168線EDO-DRAM存儲器。适用DIMM的内存芯片的工作電壓一般為3.3V（使用EDORAM内存芯片的168線内存條除外），适用于SIMM的内存芯片的工作電壓一般為5V（使用EDORAM或FBRAM内存芯片），二者不能混合使用。

六、隻讀存儲器（ROM）

非易失性

1.掩膜ROM（Read Only Memory）掩膜式ROM一般由生産廠家根據用戶的要求定制的。

2. PROM（Programmable ROM）

熔斷或保留熔絲。出廠時，所有存儲單元的熔絲都是完好的。編程時，通過字線選中某個晶體管。若準備寫入1，則向位線送高電平，此時管子截止，熔絲将被保留；若準備寫入0，則向位線送低電平，此時管子導通，控制電流使熔絲燒斷。換句話說，所有存儲單元出廠時均存放信息1，一旦寫入0使熔絲燒斷，就不可能再恢複。

3. EPROM Erasable Programmable

UVEPROM（簡稱EPROM， ROM）。特點：芯片的上方有一個石英玻璃的窗口，通過紫外線照射對芯片進行擦除，可以進行反複編寫。

EPROM原理

在N型的基片上設置了兩個高濃度的P型區，它們通過歐姆接觸，分别引出源極（S）和漏極（D），在S和D之間有一個由多晶矽構成的栅極，但它是浮空的，被絕緣物SiO2所包圍。

出廠時，矽栅上沒有電荷，則管子内沒有導電溝道，D和S之間是不導電的。當把EPROM管子用于存儲矩陣時，它輸出為全1（或0）。要寫入時，則在D和S之間加上25V的高壓，另外加上編程脈沖（其寬度約為50ms），所選中的單元在這個電源作用下，D和S之間被瞬時擊穿，就會有電子通過絕緣層注入到矽栅，當高壓電源去除後，因為矽栅被絕緣層包圍，故注入的電子無處洩漏走，矽栅就為負，于是就形成了導電溝道，從而使EPROM單元導通，輸出為“0“（或”1“）。

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