半導體存儲器的分類

存儲器是計算機系統的重要組成部分，用來存放程序和數據。微機的存儲系統通常由高速緩沖存儲器（Cache）、主存儲器（內存）和輔助存儲器（外存） 組成。Cache由高速存儲器件SRAM制成，容量較小，設置于CPU與主存之間，用于存放CPU當前執行的程序和數據（這些信息是主存的副本）。 Cache通常分為兩級：一級Cache集成在CPU內部，二級Cache安裝在主板上；在CPU運行過程中，首先訪問Cache，以提高系統的運行速 度。主存安裝在主板上，由只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）構成。ROM采用EPROM，或EEPROM或Flash器件，用于存放系統程序和 參數，在計算機運行期間，只能讀出，不能修改。RAM采用存儲密度高、價格低廉的動態隨機存儲器（DRAM）器件，用于存放計算機運行期間從外存調入的程 序和數據。輔助存儲器屬于外部設備，如磁盤、光盤、可移動盤等。它們的特點是存儲容量大，信息能永久保存，但存取速度比內存慢，主要用做后備存儲器，備份 大量的程序和數據。

　　5.1.1　半導體存儲器的分類

　　半導體存儲器從器件制造的工藝角度，可分為雙極型和MOS型 兩大類。雙極型存儲器由TTL（TransistorTransistor　Logic）電路制成，其特點是存取速度快、集成度低、功耗大、價格較高。 MOS型存儲器由金屬氧化物半導體電路制成，與雙極型存儲器比較，它的特點是集成度高、功耗小、價格便宜，但存取速度慢。

　　從應用角 度，可分為只讀存儲器ROM（Read　Only　Memory）和隨機存儲器RAM（Random　Access　Memory）。ROM是一種非易失 性存儲器，其特點是信息一旦寫入就固定不變，掉電后信息也不會丟失。在使用過程中只能讀出，不能修改，常用于保存一般無須修改就可長期使用的程序和數據， 如主板上的BOIS（基本輸入輸出系統程序）、打印機中的漢字庫、外部設備的驅動程序等。RAM是一種易失性存儲器，其特點是在使用過程中信息可以隨機寫 入或讀出，使用靈活，但信息不能永久保存，一旦掉電，信息會自動丟失，常用做內存，存放正在運行的程序和數據。

　　1.ROM的類型

　　根據不同的編程寫入方式，ROM分為以下幾種。

　　1）掩膜ROM

　 　掩膜ROM存儲的信息是由生產廠家根據用戶的要求，在生產過程中采用掩膜工藝（即光刻圖形技術）一次性直接寫入的。它存儲的信息是靠在存儲單元的字線與 位線之間是否跨接MOS管來表示信息“0”還是“1”：跨接MOS管時，表示信息“0”；沒有跨接MOS管時，則表示信息“1”。一旦掩膜ROM制成后， 其內容不能再改寫，因此它只適合于存儲永久性保存的程序和數據。

　　2）PROM

　　 PROM（Programmable　ROM）為一次編程ROM。它的編程邏輯器件是靠存儲單元中熔絲的斷開與接通來表示存儲信息“0”還是“1”：當熔 絲被燒斷時，表示信息“0”；當熔絲沒有燒斷時，則表示信息“1”。由于一旦存儲單元的熔絲被燒斷就不能恢復，因此PROM存儲的信息只能一次編程寫入， 不能擦除改寫。

　　3）EPROM

　　EPROM（Erasable　Programmable　ROM）是一種紫外線 可擦除可編程ROM。其編程邏輯器件使用浮柵編程技術，利用絕緣柵場效應管中的浮柵存儲電荷，使開啟電壓發生變化來存儲信息。寫入信息是在專用編程器上實 現的，具有能多次改寫的功能。EPROM芯片的上方有一個石英玻璃窗口，當需要改寫時，將它放在波長為2-537×10-10m紫外線燈光下照射約 15～20分鐘便可以擦去信息，使所有的存儲單元恢復到初始狀態“1”，又可以編程寫入新的內容。由于EPROM在紫外線照射下信息易丟失，故在使用時應 在玻璃窗口處用不透光的紙封嚴，以避免信息丟失。

　　4）EEPROM

　　EEPROM也稱 E2PROM（Electrically　Erasable　Programmable　ROM），是一種電可擦除可編程ROM。由于它的改寫不需要使用 專用編程設備，只需在指定的引腳上加上適合的電壓（如+5V），即可進行在線擦除和改寫，使用更加方便靈活。

　　5）閃速存儲器

　 　閃速存儲器（Flash　memory），簡稱Flash或閃存。它與EEPROM類似，也是一種電擦寫型ROM。與EEPROM的主要區別 是：EEPROM是按字節擦寫，速度慢；而閃存是按塊擦寫，速度快。Flash芯片從結構上分為串行傳輸和并行傳輸兩大類：串行Flash能節約空間和成 本，但存儲容量小、速度慢；而并行Flash存儲容量大、速度快。

　　Flash是近年來發展最快的一種新型半導體存儲器。由于它具有在 線電擦寫、低功耗、大容量、擦寫速度快的特點，同時還具有與DRAM等同的低價位成本的優勢，因此受到廣大用戶的青睞。目前，Flash在計算機系統、尋 呼機系統、嵌入式系統和智能儀器儀表等領域得到了廣泛的應用。

　　2.RAM的類型

　　根據不同的存儲電路結構，RAM分為以下幾種。

　　1）SRAM

　 　SRAM（Static　RAM）是一種靜態隨機存儲器。它的存儲電路由MOS管觸發器構成，用觸發器的導通和截止狀態來表示信息“0”或“1”。其特 點是速度快、工作穩定，并且不需要刷新電路，使用方便靈活，但由于它所用MOS管較多，致使集成度低、功耗較大、成本也較高。在微機系統中，SRAM常用 做小容量的高速緩沖存儲器。

　　2）DRAM

　　DRAM（Dynamic　RAM）是一種動態隨機存儲器。它的存儲電 路是利用MOS管的柵極分布電容充放電來保存信息的，充電成高電位后表示“1”，放電后表示“0”。其特點是集成度高、功耗低、價格便宜，但由于電容存在 漏電現象，電容電荷會因為漏電而逐漸丟失，因此必須定時對DRAM進行充電（稱為刷新）。在微機系統中，DRAM被大量用做內存（即內存條）。

　　3）NVRAM

　 　NVRAM（NonVolatile　RAM）是一種非易失性隨機存儲器。它的存儲電路由SRAM和EEPROM共同構成，在正常運行時和SRAM的功 能相同，既可以隨時寫入，又可以隨時讀出。但在掉電或電源發生故障的瞬間，它可以立即把SRAM中的信息保存到EEPROM中，使信息得到自動保護。 NVRAM多用于存儲系統中的重要信息保存和掉電保護。

　　5.1.2　半導體存儲器的性能指標

　　存儲器是計算機系統的重要部件之一，計算機在運行過程中，大部分的總線周期都是對存儲器進行讀/寫操作，因此存儲器系統性能的好壞在很大程度上影響計算機的性能。通常用以下幾個指標來衡量存儲器的性能。

　　1.存儲容量

　　存儲容量是指存儲器所能容納的二進制信息總量。一位二進制數為最小單位（bit），8位二進制數為一個字節（Byte），單位用B表示。由于微機中都是按字節編址的，因此B是存儲器容量的基本單位。存儲器容量常用的單位還有KB、MB、GB和TB。它們的定義如下：

　　1KB210B1024B；

　　1MB220B1048　576B；

　　1GB230B1073　741824B；

　　1TB240B1099　511627　776B。

　　對于按字節編址的計算機，通常以字節數來表示容量，如KB、MB、GB、TB。例如，某微機系統的存儲容量為64KB，表明它所能容納的二進制信息位為64×1024×8。

　　2.存取速度

　 　存取速度通常由存取時間來衡量。存取時間又稱為訪問時間或讀/寫時間。它是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。例如，讀出時間是指從 CPU向存儲器發出有效地址和讀命令開始，直到將被選單元的內容讀出為止所用的時間；寫入時間是指從CPU向存儲器發出有效地址和寫命令開始，直到信息寫 入被選中單元為止所用的時間。顯然，存取時間越短，存取速度越快。

　　內存的存取時間通常用ns（納秒）表示。通常，超高速存儲器的存取 時間一般約20　ns，高速存儲器的存取時間一般為幾十納秒，中速存儲器的存取時間一般為100～250　ns，而低速存儲器的存取時間一般為300　 ns左右。例如，SRAM的存取時間約60　ns,　DRAM的存取時間為120～250　ns。

　　3.可靠性

　　可靠性是指在規定的時間內，存儲器無故障讀/寫的概率。通常用平均無故障時間MTBF（MeanTime　Between　Failures）來衡量可靠性。MTBF可以理解為兩次故障之間的平均時間間隔，越長說明存儲器的性能越好。

　　4.功耗

　　功耗反映了存儲器件耗電的多少，同時也反映了其發熱的程度。功耗越小，存儲器件的工作穩定性越好。大多數半導體存儲器的維持功耗小于工作功耗。