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一、半導(dǎo)體存儲器的特點
半導(dǎo)體存儲器是目前微型計算機(jī)中的主存儲器,它與磁芯存儲器相比,具有下述優(yōu)勢。
•存取速度快、功耗低:因為半導(dǎo)體存儲單元與外圍電路均為電子線路,其整個芯片可工作在邏輯電平一級,所以存取速度快、功耗低。
•生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)過程便于自動化:因為整個生產(chǎn)過程采用大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)而可一次性完成,所以生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)過程便于自動化。
•體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低:因為在同樣存儲容量情況下,它只有磁芯存儲器的幾十分之一,所以體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低。
•可靠性高:因為是集成芯片,所以可靠性高。
半導(dǎo)體存儲器的主要缺點是,斷電后會丟失信息,因此存儲單元保留信息需要一定的功耗,且動態(tài)系統(tǒng)需要定時刷新,從而使得在一些場合中減少了系統(tǒng)的可用率;此外,它的抗輻射性能也不如磁芯存儲器。
二、半導(dǎo)體存儲器的類型半導(dǎo)體存儲器按信息的存取方式可分為隨機(jī)訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。RAM。RAM中的存儲內(nèi)容需要可以隨時讀出和隨時寫入,它主要是用來存放各種正在執(zhí)行的輸入/輸出數(shù)據(jù)、處理程序、中間結(jié)果,以及作為堆棧等。
RAM又可分為靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(DRAM)兩種。SRAM是由固定穩(wěn)態(tài)及穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換來記憶信息“1”和“0”的,其特點如下。
•集成度高于雙極型RAM,但低于DRAM;
•不需要刷新;
•功耗比雙極型RAM低,但比DRAM高;
•存取時間較DRAM長;
•易用電池做備用電源。
DRAM是靠電容的存儲電荷來表示所存內(nèi)容的RAM,其特點如下。
•集成度高于SRAM和雙極型RAM;
•功耗比SRAM還要??;
•價格比SRAM低:
•由于用電容存儲信息(電容有泄漏電荷現(xiàn)象),因而要對它進(jìn)行刷新(再生);
•存取時間略短于SRAM,但較雙極型RAM長。
(1)ROM。ROM中所存的內(nèi)容是預(yù)先給定的,在工作過程中只能按地址單元讀出,而不能寫入新的內(nèi)容。因此,ROM作為計算機(jī)主存的一部分,用來存放一些固定的程序,如監(jiān)控程序、啟動程序、磁盤引導(dǎo)程序等。ROM也可作為控制存儲器存放微程序,應(yīng)用于微程序控制器、字符顯示器等外用設(shè)備。只要一接通電源,這些程序就能自動地運行。而這些存儲的信息是用特殊方法寫入的,一經(jīng)寫入就可長期保存,不受電源斷電的影響。
從功能上說,ROM可分為以下4種類型。
•掩膜ROM-MROM;
•可編程ROM-PROM;
•可擦除可編程ROM-EPROM;
•系統(tǒng)可擦除可編程ROM。
這類ROM包括電可改寫EPROM(EEPROM或E2PROM)和快閃存儲器。它們不僅有EPROM的性能,而且改寫過程可直接在工作系統(tǒng)中進(jìn)行,無須專用設(shè)備。
此外,半導(dǎo)體存儲器按所用材料的性質(zhì)還可分為MOS存儲器、雙極型晶體管存儲器和Bi-CMOS存儲器,這里就不述說了。
三、半導(dǎo)體存儲器的基本結(jié)構(gòu)和組成一個半導(dǎo)體存儲器芯片內(nèi),除了存儲單元陣列外,還包括有讀寫電路、地址譯碼電路和驅(qū)動器等。存儲芯片通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部連接。地址總線是單向輸入的,其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。數(shù)據(jù)線是雙向的,既可輸入,也可輸出,其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)??刂凭€主要有讀/寫控制線與片選線兩種。一個典型的RAM存儲器的結(jié)構(gòu)組成框圖有下列幾個部分。
存儲單元陣列。存儲單元用來存儲1位二進(jìn)制信息“0”或“1”,是組成存儲器的基礎(chǔ)和核心。存儲單元陣列是存儲單元的集合,如果一個存儲單元為〃位,則需由"個存儲元才能組成一個存儲單元。在較大容量的存儲器中,往往把各個字的同一位組織在一個集成片中。圖1中的4096x1位,是指4096個字的同一位。由這樣的16個片子則可組成4096x16的存儲器。同一位的這些字通常排成矩陣的形式,如64x64=4096。由X選擇線一行線和Y選擇線一列線的交叉來選擇所需要的單元。
圖1 典型的RAM存儲器示意圖
(1)地址寄存器和地址譯碼器。中央處理器若要訪問某“存儲單元”,就要在地址總線A0~All上輸出此單元的地址信號,并存放于地址寄存器。地址譯碼器把來自地址寄存器的表示地址的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成輸出端的高電位、用來驅(qū)動相應(yīng)的讀寫電路,以便選擇所要訪問的存儲單元。