第四章半导体存储器

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《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。

《计算机组成原理》(周建敏)414-9课件第四章

辅助存储器（简称辅存或外存） (2)
是主存储器的后援存储器，用于存放当前暂时不用的程序和数据，不能与CPU直接交换信息。辅助存储器速度慢、容量大、位价格低。
缓冲存储器 (3)
用于两个不同工作速度的部件之间，在交换信息过程中起缓冲作用。
存储器概述
存储器的分类可用图表示。
存储器
主存储器
随机存储器（RAM）
4.6 虚拟存储器
4.3 主存储器与CPU的连接 4.7 常见问题和易混淆知识点
4.4 并行存储器
存储器概述 4.1
存储器概述
4.1.1 存储器的分类
1.按存取方式分类
(1) 随机存储器（Random Access Memory，RAM）
特点是，存储器中任何一个存储单元都能由CPU或I/O 设备随机存取，且存取时间与存取单元的物理位置无关。这类存储器在一个存或取的周期内只能进行一次访问，信息读取时间对任何地址都是相同的。且每一个字（字节）都有唯一、直接和独立的寻址方法。随机存储器常用作主存或高速缓存。
其中，x方向有A3A4A5A6A7A8，共6根，产生64条行选择线；y方向有A0A1A2A9，共4
根，产生16条列选择线。
② 数据线，本例中有4条，即I/O1～I/O4，它指定了存储器的字长是4位，因此，存储元
的总数是1 024×4=4 096 。
③ 控制线，本例中 CS 为片选线，低电平有效；WE 为读/写控制线，低电平写入，高电平
存取存储器的存取时间长，速度慢。这种存储器的存储容量
可以做得较大，位价格较低。
存储器概述
第8页
(4) 直接存取存储器（Direct Access Memory，DAM）
特点是，存储器的任何部位（一个字或字节、记录块等）没有实际的寻址机构，当要存取所需要的信息时，必须执行两个逻辑操作。 ➢首先，直接指向整个存储器的一个小区域（如磁盘上的磁道）； ➢然后对这一小区域像磁带那样按顺序检索、记数或等待，直至找到

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。

《半导体存储器》课件

04
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

Erasable PROM）
一、静态RAM
（一）六管静态存储电路
Q7
Q8
图6-2 静态RAM存储单元电路
（二）静态RAM器件的组成
静态RAM器件可分成三个部分，分别是存储单元阵列、地址译码器和读/写控制与数据驱动/缓冲。一个典型的静态RAM的示意图如右图所示。
右图是一个1K×1 位的静态RAM器件的组成框图。该器件总共可以寻址1024个单元，每个单元只存储一位数据。
数据（字操作,使用AD0～AD15），也可以只传送8位数据（字节操作，使用AD0～AD7或 AD8～AD15）。
仅A0为低电平时，CPU使用AD0～AD7，这是偶地址字节操作；仅为低电平时，CPU使用 AD8～AD15，这是奇地址字节操作。
若和A0同时为低电平时，CPU对AD0～ AD15操作，即从偶地址读写一个字，是字操作；如果字地址为奇地址，则需要两次访问存储器。如下表所示
2、Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态 RAM ，Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态RAM其引脚和逻辑符号如下图所示。
引脚图
逻辑符号
（四）静态RAM与CPU的连接
进行静态RAM存储器模块与CPU的连接电路设计时，需要考虑下面几个问题：
1、CPU总线的负载能力 2、时序匹配问题 3、存储器的地址分配和片选问题 4、控制信号的连接
若存储容量较小，可以将该RAM芯片的单元阵列直接排成所需要位数
的形式，每一条行选择线（X选择线）代表一个字节，每一条列选择线（Y选择线）代表字节的一个位，故通常把
行选择线称为字线，而列选择线称为位线。
（三）静态RAM的例子
1、Intel 6116是CMOS静态RAM芯片，属双列直插式、24引脚封装。它的存储容量为2K×8位，其引脚及功能框图如下图所示。

存储介质的类别和特点

2.一个基本存储电路能存储一位二进制数，而一个八位的二进制数则需八个基本存储电路(数据宽度－字长＝８）。一个容量为M×NB（如64K×8B）的存储器则包含M×N个基本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地排列在一起便构成了存储体区分不同的存储单元Î每个单元规定一个地址号。Î读写(ReadWrite)/访问(Access)
只读存储器
ROM
随机存取存储器 RAM
微机系统与接口
掩膜ROM 可编程ROM（PROM） UV可擦除PROM（EPROM）
OTP-ROM (One-Time PROM) 快闪ROM（FLASH-ROM: 整片/块）电可擦除 PROM（E2PROM）（字节、页）
双极型 RAM
MOS型 RAM
SRAM芯片外围电路组成
地址译码器对外部地址信号译码，用以选择要访问的单元。n个地址信号译码maxÎ2n个输出状态。
A0-12Æ213，I/O0-7 8位，片内译码
A13,A14,…A19
片选译码/CS
I/O电路：存储器 (处理器-读写器)
WE（WR）、OE（RD）、 CE或 CS（CS） WE#（WR#）、OE#（RD#）、 CE#或 CS#（CS#）
微机系统与接口
东南大学 25
高集成DRAM（RAM Modules）
----多片DRAM/SDRAM集成Î内存条 DIP SIMM（30P，单边缘：8位数据，3/486机成4
条使用） DIMM（72P：32位：486单，P5成双使用） 168P 64位KMM375S1620BT 16M*72bit
(条上包括18片16M×4位的SDRAM芯片及一些辅助芯片）
第四章半导体存储器 (Semi-conductor Memory)

计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文

4.2
11
4.2
请问：主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线位数应为多少位？数据线位数多少位？按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节半字单字双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向）数据线（双向）芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0

半导体存储器原理

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。

半导体存储器教案

第4章半导体存储器存贮器（Memory）是计算机的重要组成部件，用来存放程序和数据。

本章首先介绍半导体存贮器的分类、组成及主要性能指标；然后介绍CPU运行过程中能随时进行数据读写的随机存储器（RAM），包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）；接着介绍只读存储器（ROM），包括掩膜ROM和可编程ROM；最后介绍存储器与CPU的接口技术。

4.1 概述存储器是用以存放信息的部件，其职能是存放用二进制数表示的程序和数据，有了它，计算机才能“记住”信息，并按程序的规定自动运行。

存储器是具有记忆功能的部件，它是由大量的记忆单元（或称基本存储电路）组成，而记忆单元是用一种具有两种稳定状态的物理器件来表示二进制数的0和1，这种物理器件可以是磁芯、半导体器件等。

位(bit)是二进制数最基本的单位，一个记忆单元能存储二进制数的一位。

随着CPU速度的不断提高和软件规模的不断扩大，人们当然希望存储器能同时满足速度快、容量大、价格低的要求。

但实际上这一点很难办到，解决这一问题的较好方法是，设计一个快慢搭配、具有层次结构的存储系统。

图4.1显示了新型微机系统中的存储器组织。

它呈现金字塔形结构，越往上存储器件的速度越快，CPU的访问频度越高；同时，每位存储容量的价格也越高，系统的拥有量越小。

图中可以看到，CPU中的寄存器位于该塔的顶端，它有最快的存取速度，但数量极为有限；向下依次是CPU内的Cache（高速缓冲存储器）、主板上的Cache（由SRAM组成）、主存储器（由DRAM组成）、辅助存储器（半导体盘、磁盘）和大容量辅助存储器（光盘、磁带）；位于塔底的存储设备，其容量最大，每位存储容量的价格最低，但速度可能也是较慢或最慢的。

4.1.1 半导体存储器的分类由于半导体存储器具有存取速度快、集成度高、体积小、功耗低、应用方便等优点，它已被广泛地采用组成微型计算机的内存储器，其种类很多。

1．按制造工艺分类可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。

计算机组成原理第四章课后习题和答案解析[完整版]

第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。

答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：静态半导体随机存取存储器。

DRAM：动态半导体随机存取存储器。

ROM：掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。

PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。

EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：电擦写可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘。

Flash Memory：闪速存储器。

或称快擦型存储器。

2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。

答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。

按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。

3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

第四章 半导体存储器

《半导体存储器》课件

《计算机组成原理》(周建敏)414-9课件 第四章

微型计算机系统原理及应用 第4章 半导体存储器

计算机原理 第四章 存储系统 课堂笔记及练习题

《半导体存储器》课件

第4章半导体存储器-4.2高速缓冲存储器Cache

半导体存储器的组成与基本结构

半导体存储器

存储介质的类别和特点

计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文

半导体存储器原理

半导体存储器教案

计算机组成原理第四章课后习题和答案解析[完整版]

第四章半导体存储器

《计算机组成原理》(周建敏)414-9课件第四章

微型计算机系统原理及应用第4章半导体存储器

计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题