第4章++半导体存储器
《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
微型计算机系统原理及应用 第4章 半导体存储器
17
4．3 半导体只读存储器（ROM）
4.3.1 掩膜式只读存储器ROM ROM制造厂家按用户提供的数据，在芯片制造时
写定。用户无法修改。
18
4.3.2 可编程的只读存储器PROM 只能写入一次。
19
4.3.3 可编程、可擦除的只读存储器EPROM
1. 紫外线擦除的EPROM 进行照射10～20min，擦除原存信息，成为全1状态。
8
2．静态RAM的结构 将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静 态RAM存储器。
9
典型的SRAM 6116：2KB，A0~A10，D0~D7形成 128*16*8（每8列组成看作一个整体操作）的阵列
片选CS# 输出允许 OE#
读写控制 WE#
10
典型的SRAM芯片6264 (8KB)
29
存储器芯片的选用
RAM、ROM区别：
–ROM：ROM用来存放程序，为调试方便，多采用EPROM
–RAM：存储器容量不大，功耗较小时，可采用静态RAM；
系统较大，存储器容量很大，功能和价格成为主要矛盾， 要选择动态RAM，这时要考虑刷新问题。
组成存储器模块时，需要考虑的因素主要有：容
量、速度、负载等：
14
2. 双端口RAM举例
CY7C130/131/140/141 1K*8bit高速双端口SRAM A0~A9：地址线 I/O0~I/O7：数据线 CE#：片选 OE#：输出允许线 R/W#：读写控制 BUSY#： INT#：
15
存储器的基本组成 半导体存储器的内部结构为例
译码电路： 重合译码方式 存储体：核心。一个 基本存储电路可存入 一个二进制数码
A12 A7 A6 A5 A4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Vcc WE CS 2 A8 A9 A 11 OE A 10 CS 1 D7 D6 D5 D4 D3
计算机原理 第四章 存储系统 课堂笔记及练习题
计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题主题：第四章存储系统学习时间：2016年10月24日--10月30日内容：一、学习要求这周我们将学习第四章存储系统的相关内容。
通过本章的学习要求了解主存储器的主要技术指标、理解存储器的层次结构及分类，加深对半导体随机读写器相关知识的理解。
二、主要内容（一）存储系统概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，是计算机系统的重要组成部分之一。
存储器有主存储器和辅助存储器之分，主存储器（简称主存）处于全机中心地位，直接与CPU交换信息；辅助存储器（简称辅存）或称为外存储器（简称外存）通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据，在程序执行过程中，每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器，需要通过主存储器与CPU交换信息。
（二）主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。
计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。
主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度，一般用存储器存取时间和存储周期来表示。
存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。
通常，存储周期略大于存取时间。
（三）存储器的层次结构对存储器的要求是“大容量、高速度、低成本”，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。
一般来讲，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。
主存-辅存层次，满足了存储器的大容量和低成本需求。
cache-主存层次，解决了速度与成本之间的矛盾。
现代大多数计算机同时采用主存-辅存和cache-主存这两种存储层次，构成cache-主存-辅存三级存储层次，如下图所示。
CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括cache和主存储器。
(完整word版)第四章存储器习题
第四章存储器一、填空题1. 计算机中的存储器是用来存放的,随机访问存储器的访问速度与无关.√2。
主存储器的性能指标主要是、存储周期和存储器带宽。
√3。
存储器中用来区分不同的存储单元，1GB= KB。
√4。
半导体存储器分为、、只读存储器(ROM)和相联存储器等。
√5. 地址译码分为方式和方式.√6。
双译码方式采用个地址译码器，分别产生和信号。
√7。
若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器将有条输出线；用双译码方式,地址译码器有条输出线。
√8. 静态存储单元是由晶体管构成的，保证记忆单元始终处于稳定状态，存储的信息不需要。
√9. 存储器芯片并联的目的是为了 ,串联的目的是为了。
10. 计算机的主存容量与有关，其容量为。
11。
要组成容量为4M×8位的存储器,需要片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要片1M×8位的存储器芯片串联。
12. 内存储器容量为6K时，若首地址为00000H,那么末地址的十六进制表示是。
13 主存储器一般采用存储器件，它与外存比较存取速度、成本。
14 三级存储器系统是指这三级、、。
15 表示存储器容量时KB= ,MB= ;表示硬盘容量时,KB= ，MB= 。
16一个512KB的存储器，其地址线和数据线的总和是。
17 只读存储器ROM可分为、、和四种.18 SRAM是；DRAM是；ROM是；EPROM是。
19半导体SRAM靠存储信息，半导体DRAM则是靠存储信息。
20半导体动态RAM和静态RAM的主要区别是。
21MOS半导体存储器可分为、两种类型，其中需要刷新。
22 广泛使用的和都是半导体③存储器。
前者的速度比后者快，但不如后者高，它们的共同缺点是断电后保存信息.23 EPROM属于的可编程ROM，擦除时一般使用，写入时使用高压脉冲.24 单管动态MOS型半导体存储单元是由一个和一个构成的。
25 动态半导体存储器的刷新一般有、和三种方式。
《半导体存储器》课件
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
第4章半导体存储器-4.2高速缓冲存储器Cache
3、存储器管理
虚拟存储器：虚拟存储器是由主存－辅存物理结构和负责信息块 划分以及主存－辅存之间信息调度的存储器管理部件(MMU)的 辅助硬件及操作系统的存储器管理软件所组成的存储系统。 管理方式：页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟 存储器 虚拟地址：能访问虚拟空间的指令地址码称为虚拟地址。 物理地址：实际的主存地址。
地址对准实际上是保证数据的对准。 未对准的数据要在CPU内部经过字节交换，使其在数据线 上对准存储体。 非对准的字要两个总线周期，对相邻的两个字进行两次操 作，在CPU内部经过字节交换，最终完成读写。
№ 13
2、替换策略
先进先出FIFO：选择最早装入快存的页作为被替换 的页； 最近最少使用策略LRU：选择CPU最近最少访问的页 作为被替换的页
AD0 L H L H
读写的字节 两个字节（AD15—AD0） 高字节（AD15—AD8） 低字节 （AD7—AD0） 不读写
如何连接，满足读写一个字节的需要，又能达到读一个字（低 № 10 位字节在偶地址）？
� � � �
1、存储器的奇偶分体 偶地址（从0开始）单元组成偶存储体， 奇地址单元组成奇存储体。 偶体、奇体共同组成16位存储器系统 。 16位读写是从偶体中选中1个单元、 再从地址加1的奇体中选中1个单元同时读写 。
虚地址
…
段式虚拟存储器的映像
3）段页式虚拟存储器
3、段页式虚拟存储器 虚地址
基号
段号
段表 0
页号
页表
页内地址 实地址
段基址表 0 L N-1
段表 段表 长度 基址 ‥ 1 L-1
M
装入 段长 位
页表 下址
实页 装入 号 位
访问 方式
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
1 半导体存储器是由多种元件以及组件组成的，包括：
(1) 存储元件：用于空间上存储信息的元件，包括行选择元件、门电极、存取道和存储单元；
(2) 读写元件：与存储元件有关的元件，用于读取或写入存储元件中
的信息，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：用于彼此连接存储元件、读写元件和外部接口的元件，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：控制与调节半导体存储器工作的元件，包括电源、锁
存器和计时器；
(5) 封装元件：用于保护内部机构结构，提供与外界连接的元件，包
括封装、连接器和防火片；
2 半导体存储器的基本结构有：
(1) 存储元件：存储元件通常包括门电极、存取道和存储单元，采用
多位或多级结构空间上存储信息；
(2) 读写元件：读写元件与存储元件有关，利用电声的静电双向效应
实现存取动作，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：连接元件用于连接存储元件与读写元件，以及外部的
接口，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：功能组件用于控制与调节半导体存储器的工作，包括
电源、锁存器和计时器；
(5) 封装元件：封装元件用于提供与外界连接，保护内部机构结构，常见的封装元件有封装、连接器和防火片。
《半导体存储器》课件
以上是半导体存储器的相关介绍
半导体存储器是计算机科学中至关重要的一部分，对于数据存储和访问具有重要意义。谢谢您的观看！
原理
DRAM存储器使用电容器存储每个位的电荷来表示数据，电荷需要定期刷新以保持数据的有 效性。
优缺点
DRAM存储器的优点是高容量和较低成本，但缺点是速度较慢且需定期刷新。
应用
DRAM存储器广泛应用于个人电脑、服务器和移动设备等场景，提供了大容量的内存存储。
SRAM存储器
原理
SRAM存储器使用触发器电路作 为存储单元，通过电流控制来保 持数据的稳定性。
1
原理
MOS存储器使用金属氧化物半导体场效应管作为存储单元，通过充电和放电来表 示数据的0和1。
2
分类
MOS存储器包括EPROM、EEPROM和闪存等不同类型，每种类型都有不同的读写 特性。
3
应用
MOS存储器被广泛应用于微处理器、存储卡和嵌入式系统等领域中，提供了非易 失性和高集成度。
DRAM存储器
存储器的作用
存储器用于储存和访问数据， 包括指令和数据，以供计算 机进行处理和操作。
TTL存储器
原理
TTL存储器使用晶体管和逻辑门 电路来储存和读取数据。
优缺点
TTL存储器的优点是速度快且稳 定可靠，但缺点是功耗较高。
应用
TTL存储器常用于高速缓存和存 储器芯片中，提供快速的数据 读写能力。
MOS存储器
优缺点
SRAM存储器的优点是速度快且 无需刷新，但缺点是占用空间较 大。
应用
SRAM存储器常用于高速缓存、 寄存器和高性能处理器等场景， 提供了快速的数据存取能力。
FLASH存储器
1
原理
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NMOS和CMOS两种，现大量使用CMOS存储器，存储速度可达 几纳秒。
特点：集成度高(单片可达1Gb)、功耗小、成本低
电荷耦合器
速度快、但成本较高
半导体存储器
（二）按存储功能分类
1. 读写存储器
① 随机读写存储器(RAM Random Access Memory) 可对任一单元进行读写，是计算机主存储器。62**系列
② Xi高电平，T5,T6及其他与
Xi相联的开关管导通，每
T7
T8
一单元与数据线相连。Yi
D0
Yi
D0 为高电平，T7,T8导通，此
时仅有XiYi单元与外部数
据线连通，可对该单元进
行读写。
四．典型存储器芯片和译码芯片
62256
（一）62256 － 32K*8的CMOS静态RAM
62256引脚图
A14 1 A12 2
ROM可分为：
半导体存储器
① 固定ROM（掩膜ROM） 由制造厂家固化内容，不可修改
② 可编程只读存储器PROM 由用户固化内容，但不可修改
③ 紫外线擦除只读存储器EPROM 27**系列：2716、2732、2764，… 27040
• 电擦除只读存储器EEPROM、FLASH EEPROM（28**系列）：2817、28C64、28C256 FLASH：29F010、29F020
存储器
（二）按在计算机中的位置分类
1. 内部存储器（内存）
通常直接与系统总线相连，可细分为： ① 内部CACHE
在CPU内作为一个高速的指令或数据缓冲区。一级 CACHE，二级CACHE均指内部CACHE。
• 外部CACHE
通常制作在主板上，比主存储器的速度快，介于内 部CACHE和主存之间的一个缓冲区。
• 主存储器
计算机系统主要使用的空间。要求速度快，体积小 ，容量大。一般为半导体存储器。
存储器
2. 外部存储器 通常是通过总线接口电路与系统总线相连。要求容量大 、
掉电信息不丢失，速度可以慢些。如磁盘、光盘
半导体存储器
二． 半导体存储器
（一）按器件分类
双极性TTL电路
速度较快（10～50nS）、集成度低、功耗大、成本高
半导体存储器
第四章 半导体存储 器
第4.1节 存储器
存储器
一． 计算机存储器分类
（一）按材料分类
1. 磁性存储器
如磁盘（软盘、硬盘）、磁带、磁芯 2. 光盘
CDROM只读光盘：容量大、适合存放系统软件 CDRAM读写光盘：容量大、可改写、适合较高档
计算机的外存
3. 半导体存储器
体积小，速度快，功耗低，是计算机的主要存储器。 CACHE、ROM、RAM均是半导体存储器，由大规模集 成电路制成。
A7 3 A6 4 A5 5 A4 6 A3 7 A2 8 A1 9 A0 10 D0 11 D1 12 D2 13 GND 14
28 VCC 27 WE 26 A13 25 A8 24 A9 23 A11 22 OE 21 A10 20 CS 19 D7 18 D6 17 D5 16 D4 15 D3
半导体存储器
（三）半导体存储器的容量
表示存储器容量常用：字*位数
字：一个独立的信息单元，有独立统一的地址。 位数：一个信息单元的二进制长度（一般为1位、4位、8位）
例 一片62256为RAM存储器，容量为：32K*8
地址线15根 数据线8根 RAM的控制信号线3根( WE、OE、CE ) (62256逻辑图见后）
RAM电路结构
第4.2节 RAM电路结构
一． 基本概念 MOS型RAM一般可分为： SRAM（静态RAM） 使用触发器存储信息，速度快。如：6264 8k*8、 62256 32K*8、62010 128K*8 DRAM（动态RAM) 使用电容存储信息，速度慢，因电容有漏电，所以 需要定时刷新。DRAM的刷新是按行进行刷新的。计 算机中的主存多以DRAM为主。
A9
CE
译码器为10:1024,
OE WE
读写控制电路
制造较困难
D(I/O)
2. 双地址译码
A0
用5根线译码产生32根行选择A1 线，用另外5根线译码产生32AA23 根列选择线，共产生64根地 A4
址选择线。
双地址译码
行 X0 0-0 译 码 器 X31
31-0
0-31 31-31
注：此时可将RAM看作一个矩阵
，读数据时需给出行地址信 号RAS (Row Address
D(I/O)
读写 控制 电路
Signal) 和列地址信号器
(Column Address Signal)
。通常先给RAS，再给CAS ，经过一段时间延时，便可 以在数据端读出数据
容量特别大时可采用多地址译码
CEOEWE A5 A6 A7 A8 A9
由两个5:32 译码器组成行列 形式选中单元，减少了引线
基本存储单元
三．基本存储单元
说明：
XiNMO下S静态RAVMcc的存储器单元①电T负路1载,如T管2为，开导关通管电，阻T3,T4为
T3
T4
r3,r4>>r1,r2。T1T3和
T5 T1
T2T4构成两个反向器按正
T6 T2
反馈连接，构成触发器。
内存的两种形式
※计算机内存的两种常见形式
计算机上把内存芯片集成在一小条印刷电路板上，称 为内存条。
常见的有30线、72线、168线、200线。这是指内存条 与主板插接时有多少个接点（又称金手指） SIMM：单列存储器模块。只将芯片做在电路板的一
边 DIMM：双列存储器模块。将内存芯片做在内存条两
② 先进后出存储器（LIFO Last In First Out）
寄存器、堆栈
③ 先进先出存储器（FIFO First In First Out）
寄存器、队列 • 只读存储器（ROM Read Only Memory）
只能读（用特殊方法可写入），掉电信息不丢失， 可作为主存储器存放系统软件和数据等。
62256逻辑图
边，即电路板两边。
单地址译码
二．存储器的内部译码
一个1K*1的存储器，具有1024个存储单元，每个单元为
1
位，AAAAAAAAA1存012345678. 。储单器内地地址译码器部址寻YYY译101址02码3可用单1地00123址译码和双方生元选缺地法1选中点址0： 择 一 ：2译4线个由引根码，存1线存两0每储太根储种根单多线单方线元，产式。