半導體存儲的原理

① 半導體靜態存儲器SRAM的存儲原理是()

半導體靜態存儲器(SRAM)是靠雙穩態存儲信息，半導體動態存儲器(DRAM)是靠電容存儲信息。

② 半導體是怎麼存儲數據的

這很復雜的，有可擦拭儲存器 ，有不可擦拭儲存器，有備用電池儲存器，有永久儲存器，看你要那種，基本都是計算，轉換，進制，比如一個集成塊裡面有上億個晶體管，他們進行計算，單單一個半導體（比如一個二極體，或者三極體）是不行的。

③ U盤是半導體存儲設備還是磁存儲設備

電腦是如何工作的? --外部存儲器之半導體存儲設備篇

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在外部存儲器之中。半導體存儲設備是真正小巧和便攜的外部移動存儲器。它有著與磁存儲介質設備和光存儲設備完全不同的存儲原理，下面就讓我們一起來了解一下吧!

一、半導體存儲設備的原理

目前市面上出現了大量的攜帶型存儲設備，這些設備大部分是以半導體晶元為存儲介質。採用半導體存儲介質的優點在於可以把體積變的很小，便於攜帶；與硬碟類存儲設備不同，它沒有機械結構，所以不怕碰撞，沒有機械雜訊；與其它存儲設備相比，耗電量很小；讀寫速度也非常快。半導體存儲設備的主要缺點就是價格較高和容量有限。

現在的半導體存儲設備普遍採用了一種叫做「Flash Memory」的技術。從字面上可理解為閃速存儲器，它的擦寫速度快是相對於EPROM而言的。Flash Memory是一種非易失型存儲器，因為掉電後，晶元內的數據不會丟失，所以很適合用來作電腦的外部存儲設備。它採用電擦寫方式、可重復擦寫10萬次、擦寫速度快、耗電量小。

1.NOR型FIaSh晶元

我們知道三極體具備導通和不導通兩種狀態，這兩種狀態可以用來表示數據「0」和數據「1」，因此利用三極體作為存儲單元的三極體陣列就可作為存儲設備。Flash技術是採用特殊的浮柵場效應管作為存儲單元。這種場效應管的結構與普通場效應管有很大區別。它具有兩個柵極，一個如普通場效應管柵極一樣，用導線引出，稱為「選擇柵」；另一個則處於二氧化硅的包圍之中不與任何部分相連，這個不與任何部分相連的柵極稱為「浮柵」。通常情況下，浮柵不帶電荷，則場效應管處於不導通狀態，場效應管的漏極電平為高，則表示數據「1」。編程時，場效應管的漏極和選擇柵都加上較高的編程電壓，源極則接地。這樣大量電子從源極流向漏極，形成相當大的電流，產生大量熱電子，並從襯底的二氧化硅層俘獲電子，由於電子的密度大，有的電子就到達了襯底與浮柵之間的二氧化硅層，這時由於選擇柵加有高電壓，在電場作用下，這些電子又通過二氧化硅層到達浮柵，並在浮柵上形成電子團。浮柵上的電子團即使在掉電的情況下，仍然會存留在浮柵上，所以信息能夠長期保存(通常來說，這個時間可達10年)。由於浮柵為負，所以選擇柵為正，在存儲器電路中，源極接地，所以相當於場效應管導通，漏極電平為低，即數據「0」被寫入。擦除時，源極加上較高的編程電壓，選擇柵接地，漏極開路。根據隧道效應(即微觀粒子具有波動性的表現)和量子力學的原理，浮柵上的電子將穿過勢壘到達源極，浮柵上沒有電子後，就意味著信息被擦除了。NOR型Flash Memory的存儲原理如圖1所示。

由於熱電子的速度快，所以編程時間短，並且數據保存的效果好，但是耗電量比較大。

每個場效應管為一個獨立的存儲單元。一組場效應管的漏極連接在一起組成位線，場效應管的柵極連接在一起組成選擇線，可以直接訪問每一個存儲單元，也就是說可以以位元組或字為單位進行定址，屬於並行方式(圖2)。因此可以實現快速的隨機訪問，但是這種方式使得存儲密度降低，相同容量時耗費的矽片面積比較大，因而這種類型的Flash晶元的價格比較高。

特點：數據線和地址線分離、以位元組或字為單位編程、以塊為單位擦除、編程和擦除的速度慢、耗電量大和價格高。

2.NAND型FlaSh晶元

NAND型Flash晶元的存儲原理(圖3)與NOR型稍有不同，編程時，它不是利用熱電子效應，而是利用了量子的隧道效應。在選擇柵加上較高的編程電壓，源極和漏極接地，使電子穿越勢壘到達浮柵，並聚集在浮柵上，存儲信息。擦除時仍利用隧道效應，不過把電壓反過來，從而消除浮柵上的電子，達到清除信息的結果。

利用隧道效應，編程速度比較慢，數據保存效果稍差，但是很省電。

一組場效應管為一個基本存儲單元(通常為8位、16位等)。一組場效應管串列連接在一起，一組場效應管只有一根位線，屬於串列方式，隨機訪問速度比較慢。但是存儲密度很高，可以在很小的晶元上做到很大的容量(圖4)。

特點：讀寫操作是以頁為單位的，擦除是以塊為單位的， 因此編程和擦除的速度都非常快；數據線和地址線共用，採用串列方式，隨機讀取速度慢，不能按位元組隨機編程。體積小，價格低。晶元內存在失效塊，需要查錯和效驗功能。

3.AND型FlaSh晶元

AND技術是Hitachi公司的專利技術。AND是一種結合了NOR和NAND的優點的串列Flash晶元，它結合了Intel公司的MLC技術(見注)，加上0.18μm的生產工藝，使生產出的晶元容量更大、功耗更低、體積更小，且因為採用單一操作電壓、塊比較小。並且由於內部包含與塊一樣大的RAM緩沖區，所以克服了因採用MLc技術帶來的性能降低。

特點：功耗特別低，讀電流為2mA，待機電流僅為1μA。晶元內部有RAM緩沖區，寫入速度快。

注:MLC(Multi-level Cell)技術,這是Intel提出的一種旨在提高存儲密度的新技術,通常數據存儲中存在一個闕值電壓，低於這個電壓表示數據「0」，高於這個電壓表示數據「1」，所以一個基本存儲單元(即一個場效應管)可存儲一位數據(「0」或者「1」)。現在將闕值電壓變為4種，則一個基本存儲單元可以輔出四種不同的電壓，令這四種電壓分別對應二進制數據00、0l、10、ll，則可以看出，每個基本存儲單元一次可存儲兩位數據(00、0l、10或者11)。如果闕值電壓變為8種，則一個基本存儲單元一次可存儲3位數據。闕值電壓越多，則一個基本存儲單元可存儲的數據位數也越多。這樣一來，存儲密度大大增加，同樣面積的矽片上就可以做到更大的存儲容量。不過闕值電壓越多，干擾也就越嚴重。

二、各種各樣的半導體存儲卡

1.ATA FIaSh卡

這種存儲卡是基於Flash技術(通常採用NAND型)的ATA介面的PC卡。在電源管理方面，具備休眠、待命、運行和閑置等4種模式，整體功耗比較小。具有I／0、內存和ATA三種介面方式。由於體積比較大，所以可以使用更多的存儲晶元，因而也可以做到更大的容量。主要用於筆記本電腦、數碼相機和台式PC機。

ATA Flash卡由控制晶元和存儲模塊兩部分組成。智能化的控制晶元有兩個作用，一是對Flash晶元的控制，另外就是完成PC卡的ATA(lDE)介面功能。由於介面支持IDE模式，所以可以通過簡單的轉接到PC機的IDE介面。它支持扇區方式讀寫，可以像操作硬碟一樣對它進行各種操作。介面有68個引腳。因為引腳中的電源和地兩個引腳比其它引腳要長，保證了信號腳先分離，最後斷電，所以支持熱插拔。

主要特點：存儲容量大(可達1GB)、即插即用、支持熱插拔和傳輸速率約10MB／s。

ATA FLASH卡需要專用的，讀寫設備，通常筆記本電腦內置了這種讀寫器。

2．CF卡

CF(Compact Flash)卡是一種小型移動存儲設備。這種標準是在1994年由ScanDisk公司提出的。CF卡兼容PCMCIA-ATA、TRUEIDE和ATA／ATAPI—4標准。其體積為 43mm X 36mm x 3.3mm，有50條引腳。主要用於數碼相機、MP3播放器和PDA等攜帶型產品。

CF卡的內部結構與ATA Flash卡類似，也是由控制晶元和存儲模塊組成。智能化的控制晶元提供一個連接到計算機的高電平介面，這個介面運行計算機發布命令對存儲卡以塊為單位進行讀寫操作。塊的大小為16K，有ECC效驗。控制晶元管理著介面協議、數據存儲、通過ECC效驗修復數據、錯誤診斷、電源管理和時鍾控制，一旦CF卡通過計算機的設置，它將以一個標準的 ATA硬碟驅動器出現，你可以像對其它硬碟一樣對它進行操作。

CF卡需要專用的讀寫設備。但是因為它兼容PCMCIA—ATA標准，所以可以通過一個轉接卡當做PCMCIA設備來使用。

3.SM卡

Smart Media Card簡稱SM卡，它是基於NAND型Flash晶元的存儲卡。它的最大特點是體積小(45.0mm x 37.0mm x 0.76mm)、重量輕(2克)。主要用於數碼相機、PDA、電子音樂設備、數碼錄音機、列印機、掃描儀以及攜帶型終端設備等。

從結構上講， SM卡非常簡單，卡的內部沒有任何控制電路，僅僅是一個Flash存儲器晶元而已，晶元被封裝到一個塑料卡片中，引腳與卡片表面的銅箔相連。

SM卡採用NAND型的Flash晶元，因而與其它存儲卡相比具有較低的價格。但因為它只用了一個存儲晶元，所以受到了很大的限制，不容易做到大容量。

SM卡可以採用專用的讀寫器進行讀寫，也可以通過一個轉接卡當做PC卡來讀寫。

主要特點：NAND結構適合於文件存儲；高速的讀寫操作；價格低廉，

4.Memory StiCk

Memory Stick(記憶棒)是SONY公司推出的一種小體積的存儲卡。它可用於各種消費類電子設備：數碼攝像機、攜帶型音頻播放設備、掌上電腦和行動電話等。對於音樂等一些收保護的內容具備數字版權保護功能。

SONY的Memory Stick具有防寫開關，採用10個引腳的串列連接方式，具有很高的可靠性。通過一個PC卡適配器，它也可作為一個PC卡在各種PC卡讀寫設備上使用。

Memory stick內部包括控制器和存儲模塊，控制晶元負責控制各種不同類型的Flash存儲晶元，並將負責並行數據和串列數據之間的相互轉換。另外 Memory Stick採用了一種專用的串列介面，發送數據時附加了一位效驗碼，最高工作頻率為20MHz。

5.MultiMedia卡(MMC)

MultiMedia卡(MMC)是由美國SanDisk公司和德國西門子公司共同開發的一種通用的低價位的可用於數據存儲和數據交換的多功能存儲卡。作為一種低價位、小體積、大容量的存儲卡，它的應用范圍很廣。可用於數碼相機、數碼攝像機、PDA、數碼錄音機、MP3和行動電話等設備。

MMC卡的數據通訊是基於一種可工作在低電壓范圍下的串列匯流排，它有7條引線。它支持MMC匯流排和SPI匯流排。MMC卡的結構。

特點：由於工作電壓低，耗電量很小；體積小，與一張郵票差不多大小；可對數據實行密碼保護；內置防寫功能。

6.Secure Digital Memory卡

SD卡是由Panasonic、Toshiba及美國SanDisk公司於1999年8月共同開發研製的一種基於NAND技術的Flash存儲卡。它的體積非常小，僅有一張郵票大小，但是容量卻很大。SD卡的另一個特點是具有非常好的數據安全性和版權保護功能。

7．UDISK

優遞卡，也稱郵遞卡。這是台灣八達創新科技開發的一種存儲卡，它的存儲部分仍是普通的Flash Memory。不同的是，它的內部具有兩種介面：一個是與電腦相連的USB介面，這是由專用的USB介面晶元來完成；另一方面有單片機構建了一個Device Interface(設備介面)，這個介面可支持Serial Mode、 Byte Mode及Word Mode(圖20)。

優遞卡的一個優點是它可以支持各種類型的 Flash存儲晶元，例如：串列或並行Flash——NAND、 AND、NOR、Gate Flash及Mask ROM等。

編者按

電腦的外部存儲器包含磁存儲介質、光存儲設備和半導體存儲設備幾個方面的內容，對它們的介紹到本期就暫告一段落。下期我們將為大家介紹電腦的BIOS，這是電腦內部重要的信息儲存器，敬請期待!