1、一基本工作原理1、存儲器構造存儲器就是用來存放數據的地方。它是利用電平的高低來存放數據的，也就是說，它存放的實際上是電平的高、低，而不是我們所習慣認為的1234這樣的數字，這樣，我們的一個謎團就解開了，計算機也沒什么神秘的嗎。圖1圖2讓我們看圖1。這是一個存儲器的示意圖：一個存儲器就像一個個的小抽屜，一個小抽屜里有八個小格子，每個小格子就是用來存放“電荷”的，電荷通過與它相連的電線傳進來或釋放掉，至于電荷在小格子里是怎樣存的，就不用我們操心了，你可以把電線想象成水管，小格子里的電荷就像是水，那就好理解了。存儲器中的每個小抽屜就是一個放數據的地方，我們稱之為一個“單元”。有了這么一個構造，我們就

2、可以開始存放數據了，想要放進一個數據12，也就是00001100，我們只要把第二號和第三號小格子里存滿電荷，而其它小格子里的電荷給放掉就行了（看圖2）。可是問題出來了，看圖1，一個存儲器有好多單元，線是并聯的，在放入電荷的時候，會將電荷放入所有的單元中，而釋放電荷的時候，會把每個單元中的電荷都放掉，這樣的話，不管存儲器有多少個單元，都只能放同一個數，這當然不是我們所希望的，因此，要在結構上稍作變化，看圖1，在每個單元上有個控制線，我想要把數據放進哪個單元，就給一個信號這個單元的控制線，這個控制線就把開關打開，這樣電荷就可以自由流動了，而其它單元控制線上沒有信號，所以開關不打開，不會受到影響，這

3、樣，只要控制不同單元的控制線，就可以向各單元寫入不同的數據了，同樣，如果要某個單元中取數據，也只要打開相應的控制開關就行了。2、存儲器譯碼那么，我們怎樣來控制各個單元的控制線呢？這個還不簡單，把每個單元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎？事情可沒那么簡單，一片27512存儲器中有65536個單元，把每根線都引出來，這個集成電路就得有6萬多個腳？不行，怎么辦？要想法減少線的數量。我們有一種方法稱這為譯碼，簡單介紹一下：一根線可以代表2種狀態，2根線可以代表4種狀態，3根線可以代表幾種，256種狀態又需要幾根線代表？8種，8根線，所以65536種狀態我們只需要16根線就可以代表了。3、存儲器的

4、選片及總線的概念至此，譯碼的問題解決了，讓我們再來關注另外一個問題。送入每個單元的八根線是用從什么地方來的呢？它就是從計算機上接過來的，一般地，這八根線除了接一個存儲器之外，還要接其它的器件。這樣問題就出來了，這八根線既然不是存儲器和計算機之間專用的，如果總是將某個單元接在這八根線上，就不好了，比如這個存儲器單元中的數值是0ffh另一個存儲器的單元是00h，那么這根線到底是處于高電平，還是低電平？豈非要打架看誰歷害了？所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡單，當外面的線接到集成電路的引腳進來后，不直接接到各單元去，中間再加一組開關就行了。平時我們讓開關打開著，如果確實是要向這個存儲器中寫入數據，或

5、要從存儲器中讀出數據，再讓開關接通就行了。這組開關由三根引線選擇：讀控制端、寫控制端和片選端。要將數據寫入片中，先選中該片，然后發出寫信號，開關就合上了，并將傳過來的數據（電荷）寫入片中。如果要讀，先選中該片，然后發出讀信號，開關合上，數據就被送出去了。讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器，但是由于片選端不同，所以雖有讀或寫信號，但沒有片選信號，所以另一個存儲器不會“誤會”而開門，造成沖突。那么會不同時選中兩片芯片呢？只要是設計好的系統就不會，因為它是由計算控制的，而不是我們人來控制的，如果真的出現同時出現選中兩片的情況，那就是電路出了故障了，這不在我們的討論之列。從上面的介紹中我們已經看到，用

6、來傳遞數據的八根線并不是專用的，而是很多器件大家共用的，所以我們稱之為數據總線，總線英文名為bus，總即公交車道，誰者可以走。而十六根地址線也是連在一起的，稱之為地址總線。二存儲器的種類及原理： 1.ram / rom 存儲器rom和ram指的都是半導體存儲器，rom是read only memory的縮寫，ram是random access memory的縮寫。rom在系統停止供電的時候仍然可以保持數據，而ram通常都是在掉電之后就丟失數據，典型的ram就是計算機的內存。2. ram隨機存取存儲器（ram）是計算機存儲器中最為人熟知的一種。之所以ram被稱為“隨機存儲”，是因為您可以直接訪問

7、任一個存儲單元，只要您知道該單元所在記憶行和記憶列的地址即可。ram 有兩大類：1) 靜態ram（static ram / sram），sram速度非?？?，是目前讀寫最快的存儲設備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如cpu的一級緩沖，二級緩沖。2) 動態ram（dynamic ram / dram），dram保留數據的時間很短，速度也比sram慢，不過它還是比任何的rom都要快，但從價格上來說dram相比sram要便宜很多，計算機內存就是dram的。類似于微處理器，存儲器芯片也是一種由數以百萬計的晶體管和電容器構成的集成電路（ic）。計算機存儲器中最為常見的一種是動態隨機存

8、取存儲器（dram），在dram中晶體管和電容器合在一起就構成一個存儲單元，代表一個數據位元。電容器保存信息位0或1（有關位的信息，請參見位和字節）。晶體管起到了開關的作用，它能讓內存芯片上的控制線路讀取電容上的數據，或改變其狀態。電容器就像一個能夠儲存電子的小桶。要在存儲單元中寫入1，小桶內就充滿電子。要寫入0，小桶就被清空。電容器桶的問題在于它會泄漏。只需大約幾毫秒的時間，一個充滿電子的小桶就會漏得一干二凈。因此，為了確保動態存儲器能正常工作，必須由cpu或是由內存控制器對所有電容不斷地進行充電，使它們在電子流失殆盡之前能保持1值。為此，內存控制器會先行讀取存儲器中的數據，然后再把數據寫回

9、去。這種刷新操作每秒鐘要自動進行數千次如（圖3所示）圖3 動態ram存儲單元中的電容器就像是一個漏水的小桶。它需要定時刷新，否則電子泄漏會使它變為0值。動態ram正是得名于這種刷新操作。動態ram需要不間斷地進行刷新，否則就會丟失它所保存的數據。這一刷新動作的缺點就是費時，并且會降低內存速度。存儲單元由硅晶片蝕刻而成，位于由記憶列（位線）和記憶行（字線）組成的陣列之中。位線和字線相交，就形成了存儲單元的地址。 圖4 將位元排列在二維柵格中，就構成了內存。在上圖中，紅色的存儲單元代表1值，而白色的存儲單元代表0值。在演示動畫片中，先選出一個記憶列，然后對記憶行進行充電以將數據寫入指定的記憶列中。

10、dram工作時會向選定的記憶列（cas）發送電荷，以激活該記憶列上每個位元處的晶體管。寫入數據時，記憶行線路會使電容保持應有狀態。讀取數據時，由靈敏放大器測定電容器中的電量水平。如果電量水平大于50%，就讀取1值；否則讀取0值。計數器會跟蹤刷新序列，即記錄下哪些行被訪問過，以及訪問的次序。完成全部工作所需的時間極短，需要以納秒（十億分之一秒）計算。存儲器芯片被列為70納秒級的意思是，該芯片讀取單個存儲單元并完成再充電總共需要70納秒。如果沒有讀寫信息的策略作為支持，存儲單元本身是毫無價值的。所以存儲單元擁有一整套由其他類型的專用電路構成的底層設施。這些電路具有下列功能：判別記憶行和記憶列的地址

11、（行選址和列選址） 記錄刷新序列（計數器） 從存儲單元中讀取、恢復數據（靈敏放大器） 告知存儲單元是否接受電荷（寫保護） 內存控制器要執行其他一些任務，包括識別存儲器的類型、速度和容量，以及檢錯等等。靜態ram使用了截然不同的技術。靜態ram使用某種觸發器來儲存每一位內存信息（有關觸發器的詳細信息，請查見布爾邏輯的應用）。存儲單元使用的觸發器是由引線將4-6個晶體管連接而成，但無須刷新。這使得靜態ram要比動態ram快得多。但由于構造比較復雜，靜態ram單元要比動態ram占據更多的芯片空間。所以單個靜態ram芯片的存儲量會小一些，這也使得靜態ram的價格要貴得多。靜態ram速度快但價格貴，動態

12、ram要便宜一些，但速度更慢。因此，靜態ram常用來組成cpu中的高速緩存，而動態ram能組成容量更大的系統內存空間。3. romrom也分為很多種：1) 掩膜式rom芯片生產廠家在制造芯片過程中把程序一并做在芯片內部,這就是二次光刻版圖形(掩膜)。存儲陣列中的基本存儲單元僅由一只mos管構成，或缺省，凡有mos管處表示存儲0，反之為1. 工廠在生產時,根據客戶提供的內容,決定是否布下只mos管. 用戶在生產好后,是不能改寫的( 難道撬開芯片,加個 mos管上去?)由于集成電路生產的特點，要求一個批次的掩膜rom必須達到一定的數量（若十個晶圓）才能生產，否則將極不經濟。掩膜rom既可用雙極性工

13、藝實現，也可以用cmos工藝實現。掩膜rom的電路簡單，集成度高，大批量生產時價格便宜。2) 一次性可編程rom（prom=programmable rom） 允許一次編程存儲陣列除了三極管之外，還有熔點較低的連線（熔斷絲）串接在每只存儲三極管的某一電極上，例如發射極. 編程之前，存儲信息全為0，或全為1，編程寫入時，外加比工作電壓高的編程電壓，根據需要使某些存儲三極管通電，由于此時電流比正常工作電流大，于是熔斷絲熔斷開路，一旦開路之后就無法恢復連通狀態，所以只能編程一次。如果把開路的三極管存儲的信息當作0，反之，存儲的信息就為13) 紫外線擦除可編程rom（eprom=erasable pr

14、om）用紫外線擦除后編程,并可多次擦除多次編程famos管與mos管結構相似，它是在n型半導體基片上生長出兩個高濃度的p型區，通過歐姆接觸分別引出漏極d和源極s，在漏源之間的sio2絕緣層中，包圍了一多晶硅材料，與四周無直接電氣連接，稱之為浮置柵極，在對其編程時，在漏源之間加上編程電壓（高于工作電壓）時，會產生雪崩擊穿現象，獲得能量的電子會穿過sio2注入到多晶硅中，編程結束后，在漏源之間相對感應出的正電荷導電溝道將會保持下來，如果將漏源之間感應出正電荷導電溝道的mos管表示存入0，反之，浮置柵不帶負電，即漏源之間無正電荷導電溝道的mos管表示存入1狀態在eprom芯片的上方，有一圓形石英窗，

15、從而允許紫外線穿過透明的圓形石英窗而照射到半導體芯片上，將它放在紫外線光源下一般照射10分鐘左右，eprom中的內容就被抹掉，即所有浮置柵mos管的漏源處于斷開狀態，然后，才能對它進行編程輸入出廠未編程前，每個基本存儲單元都是信息1, 編程就是將某些單元寫入信息0 eprom是采用浮柵技術生產的可編程存儲器，它的存儲單元多采用n溝道疊柵mos管（simos），其結構及符號如圖12.2.1(a)所示。除控制柵外，還有一個無外引線的柵極，稱為浮柵。當浮柵上無電荷時，給控制柵（接在行選擇線上）加上控制電壓，mos管導通；而當浮柵上帶有負電荷時，則襯底表面感應的是正電荷，使得mos管的開啟電壓變高，如

16、圖12.1.3(b)所示，如果給控制柵加上同樣的控制電壓，mos管仍處于截止狀態。由此可見，simos管可以利用浮柵是否積累有負電荷來存儲二值數據。（a） 疊柵mos管的結構及符號圖（b） 疊柵mos管浮柵上積累電子與開啟電壓的關系圖6 疊柵mos管 在寫入數據前，浮柵是不帶電的，要使浮柵帶負電荷，必須在simos管的漏、柵極加上足夠高的電壓（如25v），使漏極及襯底之間的pn結反向擊穿，產生大量的高能電子。這些電子穿過很薄的氧化絕緣層堆積在浮柵上，從而使浮柵帶有負電荷。當移去外加電壓后,浮柵上的電子沒有放電回路，能夠長期保存。當用紫外線或x射線照射時，浮柵上的電子形成光電流而泄放，從而恢復寫

17、入前的狀態。照射一般需要15至20分鐘。為了便于照射擦除，芯片的封裝外殼裝有透明的石英蓋板。eprom的擦除為一次全部擦除，數據寫入需要通用或專用的編程器。4) 電擦除可編程rom（eeprom = electrically eprom）加電擦除,也可以多次擦除, 可以按字節編程。在eprom基本存儲單元電路的浮置柵mos管t1上面再生成一個浮置柵mos管t2，將t2浮置柵引出一個電極，使該電極接某一電壓vg2，若vg2為正電壓，t1浮置柵極與漏極之間產生一個隧道效應，使電子注入t1浮置柵極，于是t1的漏源接通，便實現了對該位的寫入編程。用加電方法，進行在線（無需拔下，直接在電路中）擦寫（擦除

18、和編程一次完成）有字節擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法，按字節為單位進行擦除和寫入，擦除和寫入是同一種操作，即都是寫入，只不過擦除是固定寫“1”而已，在擦除時，輸入的數據是ttl高電平。eeprom在進行字節改寫之前自動對所要寫入的字節單元進行擦除，cpu只需要像寫普通ram一樣寫其中某一字節，但一定要等到5ms之后，cpu才能接著對eeprom進行下一次寫入操作，因而，以字節為單元寫入是常用的一種簡便方式。寫入操作時，首先把待寫入數據寫入到頁緩沖器中，然后，在內部定時電路的控制下把頁緩沖器中的所有數據寫入到eeprom中所指定的存儲單元，顯然，相對字節寫入方式，第二種方式的效率高，寫入速度快。ee

19、prom也是采用浮柵技術生產的可編程存儲器，構成存儲單元的mos管的結構如圖12.2.2所示。它與疊柵mos管的不同之處在于浮柵延長區與漏區之間的交疊處有一個厚度約為80埃的薄絕緣層，當漏極接地，控制柵加上足夠高的電壓時，交疊區將產生一個很強的電場，在強電場的作用下，電子通過絕緣層到達浮柵，使浮柵帶負電荷。這一現象稱為“隧道效應”，因此，該mos管也稱為隧道mos管。相反，當控制柵接地漏極加一正電壓，則產生與上述相反的過程，即浮柵放電。與simos管相比，隧道 mos管也是利用浮柵是否積累有負電荷來存儲二值數據的，不同的是隧道mos管是利用電擦除的，并且擦除的速度要快得多。eeprom電擦除的過程就是改寫過程，它是以字為單位進行的。eeprom具有rom的非易失性，又具備類似ram的功能，可以隨時改寫（可重復擦寫1萬次以上）。目前，大多數eeprom芯片內部都備有升壓電路。因此，只需提供單電源供電，便可進行讀、擦除/寫操作