闪速存储器
flash_memory讲解
芯片封装技术
芯片封装形式主要以下几种：DIP，TSOP， PQFP，BGA，CLCC，LQFP，SMD，PGA， MCM，PLCC等。
DIP封装
定义： DIP封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式 封装技术，双入线封装，DRAM的一种元件封装形 式 DIP封装具有以下特点：
图1 存储器系统示意图
图 2 Flash 存储器示图
Flash存储器的厂家
全球闪速存储器的技术主要掌握在AMD、 ATMEL、Fujistu、Hitachi、Hyundai、Intel、 Micron、Mitsubishi、Samsung、SHARP、 TOSHIBA，由于各自技术架构的不同，分为 几大阵营
NAND FLASH
特点： NAND技术Flash Memory具有以下特点：(1)以页为 单位进行读和编程操作，1页为256或512B（字 节）；以块为单位进行擦除操作，1块为4K、8K或 16KB。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间 是2ms；而NOR技术的块擦除时间达到几百ms。(2) 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读 取速度慢且不能按字节随机编程。(3)芯片尺寸小， 引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器，将 很快突破每兆字节1美元的价格限制。(4)芯片包含 有失效块，其数目最大可达到3~35块（取决于存储 器密度）
Flash Memory
Flash存储器的介绍 Flash存储器的厂家 Flash存储器的种类
定义：
1、 FLASH存储器又称闪存，它结合了 ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可 编程(EEPROM)的性能，还不会断电丢失数 据同时可以快速读取数据(NVRAM的优势)， U盘和MP3里用的就是这种存储器。 2、对 Flash 存储器的操作一般是进行读、写 和擦除。Flash 存储器的擦除必须是以1KB 为单位对齐的地址并指定哪一区块被擦除， 或者全部擦除。
第三章 存储系统03
现有如下存储器芯片： 现有如下存储器芯片： EPROM：8K×8位(控制端仅有 ： × 位 控制端仅有 控制端仅有CS#); SRAM:16K×1位，2K×8位，4K×8位， × 位 × 位 × 位 8K×8位 × 位 请从上述芯片中选择适当芯片设计该计 算机主存，画出主存储器逻辑 算机主存，画出主存储器逻辑.
3.4.2 FLASH闪速存储器 闪速存储器 1.什么是闪速存储器 1.什么是闪速存储器 闪速存储器是一种高密度、非易 闪速存储器是一种高密度、 失性的读/写半导体存储器， 失性的读/写半导体存储器，又叫快擦除 ROM、闪光ROM或简称闪存。 ROM或简称闪存 ROM、闪光ROM或简称闪存。
3.4.2 Flash闪速存储器 闪速存储器
3.4.2 Flash闪速存储器 闪速存储器
3.闪速存储器与 闪速存储器与CPU的连接 闪速存储器与 的连接
小
结
重点: ROM存储器的特点和分类 ROM 理解EPRO低电压类似于ROM,只能读不 闪存在某种低电压类似于 低电压类似于 只能读不 能写.但在另外一种较高电压下工作时 但在另外一种较高电压下工作时， 能写 但在另外一种较高电压下工作时，又 类似于RAM,可读可写 可读可写,而且闪存的内容不需 类似于RAM,可读可写,而且闪存的内容不需 要电力支持也能保存. 要电力支持也能保存 它突破了传统的存储器体系，它具有非易 它突破了传统的存储器体系，它具有非易 失性，高密度性，可直接执行，固态性能. 失性，高密度性，可直接执行，固态性能
MROM图（32字X8位）：有MOS管处为“1”。
VC A0 A1 A4
地 址 译 码 器
W0 W1 W31
D0
D1
D7
1、ROM分类（续） 、 分类（ 分类 可编程PROM 可编程 出厂时存储元或全为1，或全为 ， 出厂时存储元或全为 ，或全为0， 用户可根据自己的需要进行一次编程， 用户可根据自己的需要进行一次编程， 之后便无法更改。 结击穿（结破坏） 之后便无法更改。有结击穿（结破坏） 型和熔（断）丝型。 型和熔
计算机组成原理 第三章
1TB=230B
• 存取时间（存储的时间。
• 存储周期：是指连续启动两次读操作所需要间隔的最 小时间。 • 存储器的带宽（数据传输速率）：是单位时间里存储 器所存取的信息量。通常以位/秒或字节/秒来表示。
3.2 SRAM存储器
通常使用的半导体存储器分为随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）和只读存储器 （Read-Only Memory，ROM）。它们各自又有许多 不同的类型。
相连。
A15 A14
2:4 译码器
CPU
A0 A13
11 10 01 00 CE 16K×8
CE … 16K×8 WE
CE 16K×8
WE
CE 16K×8
WE
WE
WE
D0~D7 16K×8字扩展法组成64K×8 RAM
• 字位同时扩展：既增加存储单元的数量，也加长
各单元的位数
• 实际的存储器 往往 需要对字和位同时扩展，如
I/O1 ….. I/O4
WE 2114 CS A0 …. A9
CPU
A0 A9
WE 2114 CS A0 …. A9
A10 A11
wE
2:4 译 码 器
用16K×8位的芯片采用字扩展法组成64K×8位 的存储器连接图。 图中4个芯片的数据端与数据总线D0—D7相连， 地址总线低位地址A0—A13与各芯片的14位地址端相 连，而两位高位地址A14 ，A15 经译码器和4个片选端
CPU
A0
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A 8 A9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
A9 CS
假定使用8K×1的RAM存储器芯片，那么组成 8K×8位的存储器，每一片RAM是8192×1，故其地址
Super Flash型存储器SST39SF020的特性及应用
Super Flash型存储器SST39SF020的特性及应用39SF020是SST公司最近推出的一种SuperFlash型的存储器芯片，属于SST公司平行闪速存储器(Parallel Flash Memories)系列产品中的多功能型闪速存储器(Multi-Purpose Flash)，采纳单一+5V电源供电，可便利地应用于系统的设计中。
与同容量的其他类型存储器相比，39SF系列闪速存储器具有显然的优点。
39SF020的字节写入速度可达20μs，显然高于E2PROM型存储器。
而价格又远低于同容量的非易失性静态存储器(NVSRAM)，芯片读写速度满足绝大多数场合，是一种性价比很高的存储器。
39SF020适用于需要程序在线写入或大容量、非易失性数据重复存储的场合，其基于Super Flash技术的电路设计可以在降低功耗的同时显著提高系统的稳定性。
1 SST39SF020性能特点1．1 SST39SF020的主要特性(1)按256kB x 8b结构组织。
(2)单一十5V供电下的读写操作。
(3)高性能的用法寿命：读写操作可达100 000次，数据保存时光大于100年。
(4)低用法功耗：芯片选通条件下工作为10mA，非选通条件下工作电流为3μA。
(5)扇区擦除能力：4 kB空间为基本擦除单位。
(6)读取数据时光：45-70ns。
(7)地址和数据锁存功能。
(8)芯片擦除和写入时光：扇区擦除时光为18ms，芯片擦除时光为70ms，字节擦除时光为14μs，芯片整体重新写入时光为2s。
(9)具有内部擦除或写人操作完毕的状态标记位。
1．2 SST39SF020内部结构框图图1为39SF020内部结构框图，其中A17一A0为地址线，CE为芯片第1页共4页。
ROM,PROM,EPROM,EEPROM及FLASH存储器的区别
ROM,PROM,EPROM,EEPROM及FLASH存储器的区别在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。
ROM内部的资料是在ROM的制造⼯序中，在⼯⼚⾥⽤特殊的⽅法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，⼀旦烧录进去，⽤ 户只能验证写⼊的资料是否正确，不能再作任何修改。
如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不⽤，重新订做⼀份。
ROM是在⽣产线上⽣产的，由于成本⾼，⼀般 只⽤在⼤批量应⽤的场合。
由于ROM制造和升级的不便，后来⼈们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。
最初从⼯⼚中制作完成的PROM内部并没有资料，⽤户可以⽤专⽤的编程器将⾃⼰的资料写⼊，但是这种机会只有⼀次，⼀旦写⼊后也 ⽆法修改，若是出了错误，已写⼊的芯⽚只能报废。
PROM的特性和ROM相同，但是其成本⽐ROM⾼，⽽且写⼊资料的速度⽐ROM的量产速度要慢，⼀般只 适⽤于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯⽚可重复擦除和写⼊，解决了PROM芯⽚只能写⼊⼀次的弊端。
EPROM芯⽚有⼀个很明显的特征，在其正⾯的陶瓷封装上，开有⼀个玻璃窗⼝，透过该窗⼝，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯⽚就可以擦除其内的数据，完成芯⽚擦除的操作要⽤到EPROM擦除器。
EPROM内资料的写⼊要⽤专⽤的编程器，并且往芯⽚中写内容时必须要加⼀定的编程电压（VPP=12—24V，随不同的芯⽚型号⽽定）。
EPROM的型号是以27开头的，如27C020(8*256K)是⼀⽚2M Bits容量的EPROM芯⽚。
EPROM芯⽚在写⼊资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗⼝封住，以免受到周围的紫外线照射⽽使资料受损。
鉴于EPROM操作的不便，后来出的主板上的BIOS ROM芯⽚⼤部分都采⽤EPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）。
只读存储器和闪速存储器
所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。为此晶体管源极S加上正电 压，这与编程操作正好相反，见图(c)所示。源极S上的正电压吸收浮空栅中的电子 ，从而使全部存储元变成1状态。
EEPROM，叫做电擦除可编程只读存储器。其存储元是一个具有两个栅极的NMOS 管，如图(a)和(b)所示，G1是控制栅，它是一个浮栅，无引出线；G2是抹去栅，它有 引出线。在G1栅和漏极D之间有一小面积的氧化层，其厚度极薄，可产生隧道效应。 如图(c)所示，当G2栅加20V正脉冲P1时，通过隧道效应，电子由衬底注入到G1浮栅， 相当于存储了“1”。利用此方法可将存储器抹成全“1”状态。漏极D加20V正脉冲P2 ，G2栅接地，浮栅上电子通过隧道返回衬底，相当于写“0”。
要编程
多次编程
可以用紫外光照射或电 可以多次改写
擦除原来的数据表，3然.5后ROMR的OM分中类的内容
再重新写入新的数据
1. 掩模ROM模块组成 2. 掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图 3. 可编程ROM
1、EPROM EPROM叫做光擦除可编程可读存储器。它的存储内容可以根据需要
2、E2PROM 存储元
闪速存储器的特点
廉价的高密度 可直接执行
固态性能
FLASH存储元是在EPROM存储元基础上发展起来的，由此可以 看出创新与继承的关系。如下图所示为闪速存储器中的存储元，由 单个MOS晶体管组成，除漏极D和源极S外，还有一个控制栅和浮 空栅。
• “0”状态：当控制栅加上足够的正电压时，浮空栅将储存许 多电子带负电，这意味着浮空栅上有很多负电荷，这种情况 我们定义存储元处于0状态。 “1”状态：如果控制栅不加正电压，浮空栅则只有少许电子 或不带电荷，这种情况我们定义为存储元处于1状态。 浮空栅上的电荷量决定了读取操作时，加在栅极上的控制电 压能否开启MOS管，并产生从漏极D到源极S的电流。
闪速存储器
闪速存储器一、闪速存储器的特点闪速存储器（Flash Memory）是一类非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory）即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如DRAM、SRAM这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失。
Flash Memory集其它类非易失性存储器的特点：与EPROM相比较，闪速存储器具有明显的优势——在系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和/或编程操作）；与EEPROM相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。
其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（PDA）。
二、闪速存储器的技术分类全球闪速存储器的主要供应商有AMD、ATMEL、Fujistu、Hitachi、Hyundai、Intel、Micron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP、TOSHIBA，由于各自技术架构的不同，分为几大阵营。
1 NOR技术NORNOR技术（亦称为Linear技术）闪速存储器是最早出现的Flash Memory，目前仍是多数供应商支持的技术架构。
它源于传统的EPROM器件，与其它Flash Memory技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如PC的BIOS 固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。
NOR技术Flash Memory具有以下特点：（1）程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，而无需先将代码下载至RAM中再执行；（2）可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。
各种存储器的简介
4.相变随机存储器（PRAM）
（2）写“1”——SET——晶化 给存储单元施加如图（b）所示 的长而幅度中等的脉冲电流（电压）， GST的温度被加热到熔点（Tm）以下 结晶点（Tg）以上，且该状态被保持 一段时间（t2）。由于脉冲时间较长， 其分子有足够的时间进行排列，成为 有序状态，从而实现到低阻的晶态的 转化，实现存储信息“1” 。
3.磁性随机存储器（MRAM）
当铁磁层的磁矩相互平行时，由于 通过绝缘隧道层的载流子与自旋有 关的散射最小，电阻也就最小，器 件表现出低阻态； 反之，磁层的磁矩相反时，通过绝 缘层的载流子与自旋有关的散射最 大，这时电阻最大，使器件呈现高阻态。
3.磁性随机存储器（MRAM）
问题
（1）制造成本十分高昂。 （2） MRAM是在集成硅电路的磁性材料中存储信息，周围的磁场会对 芯片产生一定影响，对于高磁环境下的磁场屏蔽也是值得考虑的问题。
5.阻变随机存储器(RRAM)
此时ECM单 元的阻态迅速 由低阻变为高 阻。最终器件 达到关断状态， 如图(D)所示。
5.阻变随机存储器(RRAM)
主要问题 RRAM是 一 项 前 沿 的 研 究 课 题。 目 前 关 于物理机制的研究已取 得了较快进展，但这些机制大都停留在实验现象上，缺乏直接的实验 依据，电阻转变部位的确认,电阻转变过程中元素的变化以及电阻转变 的重复性问题，是当前 研究所面临的紧要问题。 同时，在众多材料 中寻找性能制备拓展性都满足要求的材料仍是发展的关键 。
• 硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储 器的应用当中。但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电 压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一 步发展。 • 作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注， 这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）、磁性随机存储器 （MRAM） 、相变随机存储器（PRAM ） 、阻变随机存储器 （RRAM）等。
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补充说明
闪速存储器还分AND、NAND、NOR、 DiNOR等类型，常用NOR型与NAND型两 种。 它们的区别很大，打个比方说，NOR 型闪存更像内存，有独立的地址线和数据 线，但价格比较贵，容量比较小，也因此 NOR型闪存比较适合频繁随机读写的场合， 通常用于存储程序代码并直接在闪存内运 行。 而NAND型更像硬盘，地址线和数据 线是共用的I/O线，类似硬盘的所有信息都 通过一组硬盘线传送，NAND型闪存主要 用来存储资料，我们常用的闪存产品，如U 盘、数码存储卡都是用NAND型闪存。
§5.6 存储电容材料
——闪速存储器
半导体存储器的分类
双极型 工艺
MOS型储器 （ROM） 动态RAM（DRAM/ iRAM） 掩膜式ROM（PROM） 可编程ROM（PROM） 可擦除PROM（EPROM） 电可擦除PROM（EEPROM） 闪速存储器（Flash Memory）
闪速存储器
闪速存储器，它是高密度非易失 性的读/写存储器。高密度意味着它 具有巨大比特数目的存储容量。非易 失性意味着存放的数据在没有电源的 情况下可以长期保存。闪存存取比较 快速，无噪音，散热小。总之，它既 有RAM的优点，又有ROM的优点， 是一种很有发展前途的存储技术。
FLASH存储器的阵列结构 FLASH存储器的简化阵列结构如图所示。 在某一时间只有一条行选择线被激活。 读操作时，假定某个存储元原存1，那 么晶体管导通，与它所在位线接通，有 电流通过位线，所经过的负载上产生一 个电压降。这个电压降送到比较器的一 个输入端，与另一端输入的参照电压做 比较，比较器输出一个标志为逻辑1的 电平。 如果某个存储元原先存0，那么晶体管 不导通，位线上没有电流，比较器输出 端则产生一个标志为逻辑0的电平。