• 内容讲解

半导体存储器芯片按照读写功能可分为随机读写存储器(Random Access Memory,RAM)和只读存储器(Read Only Memory,ROM)两大类。RAM可读可写,断电时信息会丢失;ROM中的内容只能读出,不能写入,信息可永久保存,不会因为断电而丢失。

1.随机读写存储器

目前广泛使用的半导体随机读写存储器是MOS半导体存储器,按保存数据的机理分为静态存储器(Static RAM,SRAM)和动态存储器(Dynamic RAM,DRAM)。

1)静态存储器(SRAM

利用双稳态触发器来保存信息,只要不断电信息就不会丢失。

静态存储器的集成度低,成本高,功耗较大,通常作为Cache的存储体。

2)动态存储器(DRAM

利用MOS电容存储电荷来保存信息,使用时需要不断给电容充电才能保持信息。

动态存储器电路简单,集成度高,成本低,功耗小,但需要反复进行刷新(Refresh)操作,工作速度较慢,适合作为主存储器的主体部分。

刷新操作:为防止存储的信息电荷泄漏而丢失信息,由外界按一定规律不断地给栅极进行充电,补足栅极的信息电荷。

DRAM工作时必须要有刷新控制电路,操作比较复杂。由于要不间断地进行刷新,故称这种存储器为动态存储器。动态MOS存储器主要采用“读出”的方式进行刷新,依次读出存储器的每一行,就可完成对整个DRAM的刷新。

DRAM存储器的刷新需要有硬件线路的支持,这些控制线路可以集成在一个半导体芯片上,形成DRAM控制器。借助于DRAM控制器,可以把DRAM当作SRAM一样使用,从而为系统设计带来很大的方便。

3)增强型DRAMEDRAM

EDRAM芯片是在DRAM芯片上集成一个高速小容量的SRAM芯片而构成的,这个小容量的SRAM芯片起到高速缓存的作用,从而使DRAM芯片的性能得到显著改进。

当CPU从主存DRAM中读取数据时,会将包含此数据的整个数据块都写入高速缓存SRAM内,下次读取连续地址数据时,CPU就可以从这个SRAM中直接取用,而不必到较慢的DRAM中读取,如此即可加快CPU的存取速度。

将由若干EDRAM芯片组成的存储模块做成小电路插件板形式,就是目前普遍使用的内存条。

2.只读存储器

只读存储器ROM是一种存储固定信息的存储器,其特点是在正常工作状态下只能读取数据,不能即时修改或重新写入数据。

只读存储器电路结构简单,且存放的数据在断电后不会丢失,特别适合于存储永久性的、不变的程序代码或数据(如常数表、函数、表格和字符等),计算机中的自检程序就是固化在ROM中的。

ROM的最大优点是具有不易失性。

只读存储器有不可重写只读存储器(MROM、PROM)和可重写只读存储器(EPROM、EEPROM、闪速存储器等)两大类。

1)不可重写只读存储器

(1)掩模只读存储器(MROM

掩模只读存储器,又称固定ROM。这种ROM在制造时,生产厂家利用掩模(Mask)技术把信息写入存储器中,使用时用户无法更改,适宜大批量生产。

掩模只读存储器可分为二极管ROM、双极型三极管ROM和MOS管ROM三种类型。

(2)可编程只读存储器(PROM

可编程只读存储器(Programmable ROM,简称PROM),是可由用户一次性写入信息的只读存储器,是在MROM的基础上发展而来的。

PROM的缺点是用户只能写入一次数据,一经写入就不能再更改。

2)可重写只读存储器

这类ROM由用户写入数据(程序),当需要变动时还可以进行修改,使用起来比较方便。可重写ROM有紫外线擦除EPROM、电擦除EEPROM和闪速存储器Flash ROM三种类型。

(1)光擦可编程只读存储器(EPROM)

EPROM 的特点是其中的内容可以用特殊的装置进行擦除和重写。EPROM出厂时,其存储内容为全“1”,用户可根据需要改写为“0”,当需要更新存储内容时,可将原存储内容擦除(恢复为全“1”),以便写入新的内容。

EPROM一般是将芯片置于紫外线下照射15~20分钟左右,以擦除其中的内容,然后用专用的设备(EPROM写入器)将信息重新写入,一旦写入则相对固定。

在闪速存储器大量应用之前,EPROM常用于软件开发过程中。

(2)电擦可编程只读存储器(EEPROM或E2PROM)

用紫外线擦除EPROM的操作复杂,速度很慢。EEPROM可以用电气方法将芯片中的存储内容擦除,擦除时间较快,甚至可以在联机状态下操作。

EEPROM既可使用字擦除方式又可使用块擦除方式,使用字擦除方式可擦除一个存储单元,使用块擦除方式可擦除数据块中所有存储单元。

(3)闪速存储器(Flash ROM

闪速存储器Flash ROM是20世纪80年代中期出现的一种块擦写型存储器,是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器,它突破了传统的存储器体系,改善了现有存储器的特性。

Flash ROM中的内容或数据不像RAM一样需要电源支持才能保存,但又像RAM一样具有可重写性。在某种低电压下,其内部信息可读不可写,类似于ROM,而在较高的电压下,其内部信息可以更改和删除,类似于RAM。

Flash ROM 可以用软件在PC机中改写或在线写入,信息一旦写入即相对固定。因此,在PC 机中可用于存储主板的BIOS程序。由于能进行改写,便于用户自行升级BIOS,但这也给病毒以可乘之机,著名的CIH病毒正是利用这个特点来破坏BIOS,从而导致整个系统瘫痪的。

另外,由于单片存储容量大,易于修改,Flash ROM也常用于数码相机和U盘中,因其具有低功耗、高密度等特点,且没有机电移动装置,特别适合于便携式设备,成为替代磁盘的一种理想工具。