半導體集成存儲器

半導體集成存儲器

半導體集成存儲器是用半導體集成電路工藝製成的存儲數據信息的半導體電子器件,簡稱半導體存儲器。按功能不同,半導體存儲器可分為三類,即隨機存儲器、只讀存儲器和串列存儲器。

簡介


半導體集成存儲器
半導體集成存儲器
用半導體集成電路工藝製成的存儲數據信息的半導體電子器件,簡稱半導體存儲器。這種存儲器的主要優點是:①存儲單元陣列和主要外圍邏輯電路製作在同一個硅晶元上,輸出和輸入電平可以做到同片外的電路兼容和匹配。這可使計算機的運算和控制與存儲兩大部分之間的介面大為簡化;②數據的存入和讀取速度比磁性存儲器約快三個數量級,可大大提高計算機運算速度;③利用大容量半導體存儲器使存儲體的體積和成本大大縮小和下降。因此,在計算機高速存儲方面,半導體存儲器已全部替代了過去的磁性存儲器。用作大規模集成電路的半導體存儲器,是1970年前後開始生產的1千位動態隨機存儲器。隨著工藝技術的改進,到1984年這類產品已達到每片1兆位的存儲容量。按功能不同,半導體存儲器可分為三類,即隨機存儲器、只讀存儲器和串列存儲器。

隨機存儲器


隨機存儲器
隨機存儲器
對於任意一個地址,以相同速度高速地、隨機地讀出和寫入數據的存儲器(寫入速度和讀出速度可以不同)。存儲單元的內部結構一般是組成二維方矩陣形式,即一位一個地址的形式(如64k×1位)。但有時也有編排成便於多位輸出的形式(如8k×8位)。隨機存儲器主要用於組成計算機主存儲器等要求快速存儲的系統。
按工作方式不同,隨機存儲器又可分為靜態和動態兩類。靜態隨機存儲器的單元電路是觸發器。可規定A或B 兩個晶體管中的一個導通時,代表“1”或代表“0”。觸發器只要電源足夠高,導通狀態便不會改變。因此,存入每一單元的信息,如不“強迫”改寫,只要有足夠高的電源電壓存在便不會改變,不需要任何刷新(見金屬-氧化物-半導體靜態隨機存儲器)。這種存儲器的速度快,使用方便。動態隨機存儲器的單元由一個MOS電容和一個 MOS晶體管構成,數據以電荷形式存放在電容之中,一般以無電荷代表“0”,有電荷代表“1”,反之亦可。單元中的MOS晶體管是一個開關,它控制存儲電容器中電荷的存入和取出。通常,MOS電容及與其相聯接的PN結有微弱的漏電,電荷隨時間而變少,直至漏完,存入的數據便會丟失。因此動態隨機存儲器需要每隔2~4毫秒對單元電路存儲的信息重寫一次,這稱為刷新。這種存儲器的特點是單元器件數量少,集成度高,應用最為廣泛(見金屬-氧化物-半導體動態隨機存儲器)。

只讀存儲器


只讀存儲器
只讀存儲器
用來存儲長期固定的數據或信息,如各種函數表、字元和固定程序等。其單元只有一個二極體或三極體。一般規定,當器件接通時為“1”,斷開時為“0”,反之亦可。若在設計只讀存儲器掩模版時,就將數據編寫在掩模版圖形中,光刻時便轉移到硅晶元上。這樣製備成的稱為掩模只讀存儲器。這種存儲器裝成整機后,用戶只能讀取已存入的數據,而不能再編寫數據。其優點是適合於大量生產。但是,整機在調試階段,往往需要修改只讀存儲器的內容,比較費時、費事,很不靈活(見半導體只讀存儲器)。

串列存儲器


串列存儲器
串列存儲器
它的單元排列成一維結構,猶如磁帶。首尾部分的讀取時間相隔很長,因為要按順序通過整條磁帶。半導體串列存儲器中單元也是一維排列,數據按每列順序讀取,如移位寄存器和電荷耦合存儲器等。
按製造工藝技術的不同,半導體存儲器可分成MOS型存儲器和雙極型存儲器兩類。70年代以來,NMOS電路(見N溝道金屬-氧化物-半導體集成電路)和 CMOS電路 (見互補金屬-氧化物-半導體集成電路)發展最快,用這兩者都可做成極高集成度的各種半導體集成存儲器。砷化鎵半導體存儲器如1024位靜態隨機存儲器的讀取時間已達2毫秒,預計在超高速領域將有所發展。
參考書目 沈鋒編:《半導體數字集成電路》,國防工業出版社,北京,1980。