半导体存储器概述

• 内存储器均为半导体存储器，外存储器有些为磁盘存储器
• 半导体存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的半导体器件组成
• 能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元
• 若干存储元构成一个存储单元
• 每个存储单元由8个存储元构成

半导体存储器的分类

随机存取存储器(RAM)

• 主要特点

  • 可以随时读/写
  • 掉电后信息丢失(需要后备电源)

• 静态随机存取存储器(SRAM)：存储元以静态触发器电路(双稳态电路)为基础

• 动态随机存取存储器(DRAM)：存储元为电容

• 同步动态随机存取存储器(SDRAM)：

科普内容

只读存储器(ROM)

• 主要特点

  • 可以随时读，但不能随机写
  • 掉电后信息不丢失(无需后备电源)

• 掩膜ROM：将所有的数据通过光刻的方式刻写在芯片上，不可改写

• 一次性可写ROM：只允许写入一次

• EPROM：(Erasable Programmable Read-Only Memory)：可擦除可编程只读存储器，一旦编程完成后，EPROM只能用强紫外线照射来擦除

• EEPROM：(Electrically Erasable Programmable read only memory)：带电可擦可编程只读存储器，可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程

• 闪速存储器Flash：是一种特殊的EEPROM

半导体存储器的技术指标

• 存储容量：存储单元个数×每单元的二进制位数
• 存取时间：实现一次读/写所需要的时间
• 存取周期：连续启动两次独立的存储器所需间隔的最小时间
• 可靠性、功耗

存储单元编址

• 图中有三个芯片
• 地址总线传输的高位为片选地址，用于选择芯片
• 地址总线传输的低位为片内地址，用于选择片上的存储单元

• 译码电路作用
  • 将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围
  • 将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号

随机存储器(RAM)

• SRAM：存储元为双稳态电路，存储信息稳定
• DRAM：存储元为电容

• 高电平：电容满电荷，为了防止电荷泄漏，所以定期充电
• 低电平：电容无电荷，为了防止电荷堆积，所以定期放电

• 8K=2¹³，13根地址线，8K个存储单元
• 8b=2³，3根数据线，每个存储单元中存8个bit
• CS1为低电平，CS2为高电平，该芯片才能工作

• 写操作时序

• 重点在译码电路
• 物理地址的高位作为片选信号，输入译码电路，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片

全地址译码

全地址译码：用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址

【例】全地址译码

• 写出地址范围的二进制表示
• 确定各高位地址状态
  • 由于SRAM6264为存储容量为8K×8b，所以地址线13根，用于选择片内的存储单元，也叫片内信号；剩下的高7位用于选择存储器芯片，也叫片选信号
• 设计译码器：如下图

• 与非门要是输出为0，则输入必须全为1
• 或非门要是输出为1，则输入必须全为0

部分地址译码

部分地址译码：用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得被选中存储器芯片占有几组不同的地址范围

【例】部分地址译码

• A18可以是0，也可以是1
• 浪费了一组地址资源，但少了一根线

只读存储器(ROM)

• 下面介绍的三种ROM，可以读写，但写有条件
• 不需要后备电源

EPROM

• 可多次编程写入；
• 掉电后内容不丢失；
• 内容的擦除需用紫外线擦除器

• ROM需要先擦除，再写
• RAM可以直接写

• EPROM芯片用盖子隔离紫外线，具有较高的稳定性，数据不易改变，常用作程序存储器，存放相应的控制程序
• RAM芯片则因其便利性，常用作数据存储器，存放操作的数据

EEPROM

• 可在线编程写入
• 掉电后内容不丢失
• 电可擦除

• READY高电平，才可以写

• 可通过程序实现对芯片的读写

• 仅当READY / #BUSY=1时才能进行“写”操作

• “写”操作的三种方法：效率依次提高

  • 根据参数定时写入
  • 通过判断READY / #BUSY端的状态进行写入
    • 仅当该端为高电平时才可写入下一个字节
  • 中断控制方式
    • 当READY / #BUSY端为高电平时，该高电平可作为中断请求信号

【例】EEPROM芯片译码电路设计和软件编程写操作

• 读写信号#MEMW和#MEMR，作为输入信号，输入译码电路
  • 保证当读写信号有效时，存储芯片才工作

• 循环8k个存储单元，都写入66H
• 前两句：将段基地址3E00H写入DS数据段寄存器
• 第三句，将第一个存储单元的地址0000H写入SI源变址寄存器
• 第四句，将8k=2¹³=8192D，写入CX计数寄存器，作为循环变量

闪速存储器(Flash)

• 通过向内部控制寄存器写入命令的方法来控制芯片的工作方式
• 通过读状态寄存器的值，获取芯片当前工作状态
• 与SRAM的区别：
  • 在进行写入和擦除操作时需要12V编程电压
• 与普通EEPROM的区别：
  • 通过读状态寄存器的内容确定能不能写操作，而普通EEPROM是通过接口去读取READY端的状态来确定能不能写操作
  • 提高写命令字的方式控制其处于何种工作方式