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半导体存储器概述

一、二进制数据的存储单位

1、位（b）：二进制数据的最小单位；
2、字节（B）：8个位作为一个处理单位，成为一个字节；
3、字：完整地二进制数据的信息单位是字，一般由一个或者多个字节构成。所具有的数据位数称为字长；
4、半字节：一个字节常常被分为两个4位单元，称为半字节；（半字节已经不常见了）

二、半导体存储器的阵列结构和存储容量

不管是ROM还是RAM， 其存储结构都是阵列结构，也就是由行（字） * 列（位） 构成的阵列结构；

具体如图示：

阵列中每一个蓝色方框都代表了存储的一位二进制数据，多个存储单元构成的阵列结构组成了半导体存储器的硬件电路；

阵列的行包含字的概念，列包含位的概念；
图示存储阵列包含8行（8个字），每行由8位组成（字长为8位）；
因此该存储器是一个 8 * 8b 的半导体存储器；

在看另一个存储阵列：

该存储器就是一个16 * 4b的半导体存储器；

上面两个图示存储阵列的阵列结构有区别，但是存储容量是一样的，都是64位的存储器；

存储容量 = 字数 * 位数，即其中能存储的二进制数据的总位数，也就是存储单元的总个数；

三、半导体存储器的基本操作（读和写）

读操作：将存储器内部的已有数据读出给CPU；
写操作：CPU将数据传输给半导体存储器进行存储；

（1）写操作

以一个8 * 8b的阵列存储器为例，存储器一定有一个前级电路单元地址译码器，给每一个字赋予一个独一无二的地址。

要想对某一个字的数据进行读和写，首先要找到目标字的地址才行。该存储器有八个字，地址码至少有3位，3个地址码能够对应处8个不同的地址；

CPU为了正确的完成读写操作，CPU自身应该具有的硬件电路包括两个，主要是地址寄存器和数据寄存器；
这两个寄存器是集成在CPU芯片内部的；

对于 8 * 8b的存储器，其地址寄存器至少要三位（对应的地址总线也至少是三位），而数据寄存器要八位（对应的数据总线也是八位）；

所谓写操作，就是CPU内部已经有一组计算得到的8位数据，要将其写入存储器中的某一个字；

第一步：地址寄存器确认一个地址，通过地址总线传输给地址译码器来指定，要往存储器的哪一个字下存；（寻址操作）

第二步：将八位数据放入数据总线，数据总线连接着存储器；

第三步：CPU发出写指令，存储器收到写指令后，就会开放数据总线，数据总线中的内容就覆盖到存储器中相应字下了；

完成一个写操作，需要控制总线、地址总线、数据总线相互完美配合，要有一个合理的时序；

（2）读操作

存储器的字中有一个已知的8位数据CPU想要调用，就要把他读出来给CPU；

第一步：CPU首先明确要是使用哪一个字中的数据，地址寄存器将地址码通过总线传输给地址译码器完成寻址；

第二步：CPU向存储器发出读指令；

第三步：开放数据总线，将八位数据放入数据总线，数据总线将数据传输回数据寄存器；

（3）三大总线（地址、数据、控制）

地址总线：
地址总线总是单向的，从CPU发出地址信息给存储器，进行寻址操作。地址总线的宽度与存储器的字的数量有关，宽度必须足够大,以保证可以寻址到存储器的每一个字。

数据总线：
数据总线必须是双向的,才能满足读、写操作的双向要求。

控制总线：
控制总线一般也是单向的 ，从CPU发出到存储器(外部设备)

四、半导体存储器的分类

（1）分类

第一种分类：程序存储器 && 数据存储器（按照存储内容分）
第二种分类：内部存储器（内存） && 外部存储器（按照存储器和CPU之间的关系分）
第三种分类：双极型存储器 && MOS型存储器 （按照使用器件分）
第四种分类： ROM（只读存储器） && RAM（随机存储器）

ROM和RAM才是介绍的重点！

（2）ROM和RAM介绍

ROM（只读存储器）：

• 永久性存储器
• 只读不写
• 掉电信息不丢失（断电之后，记录信息不会消失）

随着新型ROM的不断出现，ROM逐渐支持读和写，但是掉电不丢失的特性一直保留着；

RAM（随机存储器）：

• 易失性存储器
• 可读可写
• 掉电丢失（断电之后，记录信息会消失）

（2）ROM的分类

ROM的分类是一部ROM的技术发展史；

第一代：掩膜ROM（只读不写）
第二代：PROM （可编程ROM，只能变成写入一次数据，随后只读不写）
第三代：EPROM（可紫外光擦除反复写入，但操作复杂）
第四代：E2PROM
第五代：Flash Memory（U盘、活动硬盘）

（3）RAM的分类

RAM的分类：1、静态RAM（SRAM） 2、动态RAM（DRAM）

对于SRAM：

用双极型锁存器（TTL）或者MOS型锁存器（触发器）组成存储单元；
电路结构复杂,集成度不高,不易于实现更大规模的存储容量。
但读写速度快,主要用于实现高速缓存器（Cache）。

对于DRAM：

用电容（栅极电容）组成存储单元；
电路结构简单,成本低廉,集成度可以做得很高,实现很大的存储容量。
读写速度不如SRAM ,且存储电容存在漏电现象,需要进行定时刷新,补充电荷,以保证数据不会丢失。

计算机内存条就是典型DRAM产品；