半导体存储介质

A. 什么是半导体存储器有什么特点

半导体存储器(semi-conctor memory)是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器。 按其制造工艺可分为：双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。 按其存储原理可分为：静态和动态两种。 其优点是：体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。 主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。 半导体存储器的两个技术指标是：存储容量和存取时间。

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B. U盘是半导体存储设备还是磁存储设备

电脑是如何工作的? --外部存储器之半导体存储设备篇

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在外部存储器之中。半导体存储设备是真正小巧和便携的外部移动存储器。它有着与磁存储介质设备和光存储设备完全不同的存储原理，下面就让我们一起来了解一下吧!

一、半导体存储设备的原理

目前市面上出现了大量的便携式存储设备，这些设备大部分是以半导体芯片为存储介质。采用半导体存储介质的优点在于可以把体积变的很小，便于携带；与硬盘类存储设备不同，它没有机械结构，所以不怕碰撞，没有机械噪声；与其它存储设备相比，耗电量很小；读写速度也非常快。半导体存储设备的主要缺点就是价格较高和容量有限。

现在的半导体存储设备普遍采用了一种叫做“Flash Memory”的技术。从字面上可理解为闪速存储器，它的擦写速度快是相对于EPROM而言的。Flash Memory是一种非易失型存储器，因为掉电后，芯片内的数据不会丢失，所以很适合用来作电脑的外部存储设备。它采用电擦写方式、可重复擦写10万次、擦写速度快、耗电量小。

1.NOR型FIaSh芯片

我们知道三极管具备导通和不导通两种状态，这两种状态可以用来表示数据“0”和数据“1”，因此利用三极管作为存储单元的三极管阵列就可作为存储设备。Flash技术是采用特殊的浮栅场效应管作为存储单元。这种场效应管的结构与普通场效应管有很大区别。它具有两个栅极，一个如普通场效应管栅极一样，用导线引出，称为“选择栅”；另一个则处于二氧化硅的包围之中不与任何部分相连，这个不与任何部分相连的栅极称为“浮栅”。通常情况下，浮栅不带电荷，则场效应管处于不导通状态，场效应管的漏极电平为高，则表示数据“1”。编程时，场效应管的漏极和选择栅都加上较高的编程电压，源极则接地。这样大量电子从源极流向漏极，形成相当大的电流，产生大量热电子，并从衬底的二氧化硅层俘获电子，由于电子的密度大，有的电子就到达了衬底与浮栅之间的二氧化硅层，这时由于选择栅加有高电压，在电场作用下，这些电子又通过二氧化硅层到达浮栅，并在浮栅上形成电子团。浮栅上的电子团即使在掉电的情况下，仍然会存留在浮栅上，所以信息能够长期保存(通常来说，这个时间可达10年)。由于浮栅为负，所以选择栅为正，在存储器电路中，源极接地，所以相当于场效应管导通，漏极电平为低，即数据“0”被写入。擦除时，源极加上较高的编程电压，选择栅接地，漏极开路。根据隧道效应(即微观粒子具有波动性的表现)和量子力学的原理，浮栅上的电子将穿过势垒到达源极，浮栅上没有电子后，就意味着信息被擦除了。NOR型Flash Memory的存储原理如图1所示。

由于热电子的速度快，所以编程时间短，并且数据保存的效果好，但是耗电量比较大。

每个场效应管为一个独立的存储单元。一组场效应管的漏极连接在一起组成位线，场效应管的栅极连接在一起组成选择线，可以直接访问每一个存储单元，也就是说可以以字节或字为单位进行寻址，属于并行方式(图2)。因此可以实现快速的随机访问，但是这种方式使得存储密度降低，相同容量时耗费的硅片面积比较大，因而这种类型的Flash芯片的价格比较高。

特点：数据线和地址线分离、以字节或字为单位编程、以块为单位擦除、编程和擦除的速度慢、耗电量大和价格高。

2.NAND型FlaSh芯片

NAND型Flash芯片的存储原理(图3)与NOR型稍有不同，编程时，它不是利用热电子效应，而是利用了量子的隧道效应。在选择栅加上较高的编程电压，源极和漏极接地，使电子穿越势垒到达浮栅，并聚集在浮栅上，存储信息。擦除时仍利用隧道效应，不过把电压反过来，从而消除浮栅上的电子，达到清除信息的结果。

利用隧道效应，编程速度比较慢，数据保存效果稍差，但是很省电。

一组场效应管为一个基本存储单元(通常为8位、16位等)。一组场效应管串行连接在一起，一组场效应管只有一根位线，属于串行方式，随机访问速度比较慢。但是存储密度很高，可以在很小的芯片上做到很大的容量(图4)。

特点：读写操作是以页为单位的，擦除是以块为单位的， 因此编程和擦除的速度都非常快；数据线和地址线共用，采用串行方式，随机读取速度慢，不能按字节随机编程。体积小，价格低。芯片内存在失效块，需要查错和效验功能。

3.AND型FlaSh芯片

AND技术是Hitachi公司的专利技术。AND是一种结合了NOR和NAND的优点的串行Flash芯片，它结合了Intel公司的MLC技术(见注)，加上0.18μm的生产工艺，使生产出的芯片容量更大、功耗更低、体积更小，且因为采用单一操作电压、块比较小。并且由于内部包含与块一样大的RAM缓冲区，所以克服了因采用MLc技术带来的性能降低。

特点：功耗特别低，读电流为2mA，待机电流仅为1μA。芯片内部有RAM缓冲区，写入速度快。

注:MLC(Multi-level Cell)技术,这是Intel提出的一种旨在提高存储密度的新技术,通常数据存储中存在一个阙值电压，低于这个电压表示数据“0”，高于这个电压表示数据“1”，所以一个基本存储单元(即一个场效应管)可存储一位数据(“0”或者“1”)。现在将阙值电压变为4种，则一个基本存储单元可以辅出四种不同的电压，令这四种电压分别对应二进制数据00、0l、10、ll，则可以看出，每个基本存储单元一次可存储两位数据(00、0l、10或者11)。如果阙值电压变为8种，则一个基本存储单元一次可存储3位数据。阙值电压越多，则一个基本存储单元可存储的数据位数也越多。这样一来，存储密度大大增加，同样面积的硅片上就可以做到更大的存储容量。不过阙值电压越多，干扰也就越严重。

二、各种各样的半导体存储卡

1.ATA FIaSh卡

这种存储卡是基于Flash技术(通常采用NAND型)的ATA接口的PC卡。在电源管理方面，具备休眠、待命、运行和闲置等4种模式，整体功耗比较小。具有I／0、内存和ATA三种接口方式。由于体积比较大，所以可以使用更多的存储芯片，因而也可以做到更大的容量。主要用于笔记本电脑、数码相机和台式PC机。

ATA Flash卡由控制芯片和存储模块两部分组成。智能化的控制芯片有两个作用，一是对Flash芯片的控制，另外就是完成PC卡的ATA(lDE)接口功能。由于接口支持IDE模式，所以可以通过简单的转接到PC机的IDE接口。它支持扇区方式读写，可以像操作硬盘一样对它进行各种操作。接口有68个引脚。因为引脚中的电源和地两个引脚比其它引脚要长，保证了信号脚先分离，最后断电，所以支持热插拔。

主要特点：存储容量大(可达1GB)、即插即用、支持热插拔和传输速率约10MB／s。

ATA FLASH卡需要专用的，读写设备，通常笔记本电脑内置了这种读写器。

2．CF卡

CF(Compact Flash)卡是一种小型移动存储设备。这种标准是在1994年由ScanDisk公司提出的。CF卡兼容PCMCIA-ATA、TRUEIDE和ATA／ATAPI—4标准。其体积为 43mm X 36mm x 3.3mm，有50条引脚。主要用于数码相机、MP3播放器和PDA等便携式产品。

CF卡的内部结构与ATA Flash卡类似，也是由控制芯片和存储模块组成。智能化的控制芯片提供一个连接到计算机的高电平接口，这个接口运行计算机发布命令对存储卡以块为单位进行读写操作。块的大小为16K，有ECC效验。控制芯片管理着接口协议、数据存储、通过ECC效验修复数据、错误诊断、电源管理和时钟控制，一旦CF卡通过计算机的设置，它将以一个标准的 ATA硬盘驱动器出现，你可以像对其它硬盘一样对它进行操作。

CF卡需要专用的读写设备。但是因为它兼容PCMCIA—ATA标准，所以可以通过一个转接卡当做PCMCIA设备来使用。

3.SM卡

Smart Media Card简称SM卡，它是基于NAND型Flash芯片的存储卡。它的最大特点是体积小(45.0mm x 37.0mm x 0.76mm)、重量轻(2克)。主要用于数码相机、PDA、电子音乐设备、数码录音机、打印机、扫描仪以及便携式终端设备等。

从结构上讲， SM卡非常简单，卡的内部没有任何控制电路，仅仅是一个Flash存储器芯片而已，芯片被封装到一个塑料卡片中，引脚与卡片表面的铜箔相连。

SM卡采用NAND型的Flash芯片，因而与其它存储卡相比具有较低的价格。但因为它只用了一个存储芯片，所以受到了很大的限制，不容易做到大容量。

SM卡可以采用专用的读写器进行读写，也可以通过一个转接卡当做PC卡来读写。

主要特点：NAND结构适合于文件存储；高速的读写操作；价格低廉，

4.Memory StiCk

Memory Stick(记忆棒)是SONY公司推出的一种小体积的存储卡。它可用于各种消费类电子设备：数码摄像机、便携式音频播放设备、掌上电脑和移动电话等。对于音乐等一些收保护的内容具备数字版权保护功能。

SONY的Memory Stick具有写保护开关，采用10个引脚的串行连接方式，具有很高的可靠性。通过一个PC卡适配器，它也可作为一个PC卡在各种PC卡读写设备上使用。

Memory stick内部包括控制器和存储模块，控制芯片负责控制各种不同类型的Flash存储芯片，并将负责并行数据和串行数据之间的相互转换。另外 Memory Stick采用了一种专用的串行接口，发送数据时附加了一位效验码，最高工作频率为20MHz。

5.MultiMedia卡(MMC)

MultiMedia卡(MMC)是由美国SanDisk公司和德国西门子公司共同开发的一种通用的低价位的可用于数据存储和数据交换的多功能存储卡。作为一种低价位、小体积、大容量的存储卡，它的应用范围很广。可用于数码相机、数码摄像机、PDA、数码录音机、MP3和移动电话等设备。

MMC卡的数据通讯是基于一种可工作在低电压范围下的串行总线，它有7条引线。它支持MMC总线和SPI总线。MMC卡的结构。

特点：由于工作电压低，耗电量很小；体积小，与一张邮票差不多大小；可对数据实行密码保护；内置写保护功能。

6.Secure Digital Memory卡

SD卡是由Panasonic、Toshiba及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制的一种基于NAND技术的Flash存储卡。它的体积非常小，仅有一张邮票大小，但是容量却很大。SD卡的另一个特点是具有非常好的数据安全性和版权保护功能。

7．UDISK

优递卡，也称邮递卡。这是台湾八达创新科技开发的一种存储卡，它的存储部分仍是普通的Flash Memory。不同的是，它的内部具有两种接口：一个是与电脑相连的USB接口，这是由专用的USB接口芯片来完成；另一方面有单片机构建了一个Device Interface(设备接口)，这个接口可支持Serial Mode、 Byte Mode及Word Mode(图20)。

优递卡的一个优点是它可以支持各种类型的 Flash存储芯片，例如：串行或并行Flash——NAND、 AND、NOR、Gate Flash及Mask ROM等。

编者按

电脑的外部存储器包含磁存储介质、光存储设备和半导体存储设备几个方面的内容，对它们的介绍到本期就暂告一段落。下期我们将为大家介绍电脑的BIOS，这是电脑内部重要的信息储存器，敬请期待!

C. 半导体存储器有几类，分别有什么特点

1、随机存储器

对于任意一个地址，以相同速度高速地、随机地读出和写入数据的存储器（写入速度和读出速度可以不同）。存储单元的内部结构一般是组成二维方矩阵形式，即一位一个地址的形式(如64k×1位)。但有时也有编排成便于多位输出的形式（如8k×8位）。

特点：这种存储器的特点是单元器件数量少，集成度高，应用最为广泛（见金属-氧化物-半导体动态随机存储器）。

2、只读存储器

用来存储长期固定的数据或信息，如各种函数表、字符和固定程序等。其单元只有一个二极管或三极管。一般规定，当器件接通时为“1”,断开时为“0”，反之亦可。若在设计只读存储器掩模版时,就将数据编写在掩模版图形中，光刻时便转移到硅芯片上。

特点：其优点是适合于大量生产。但是，整机在调试阶段，往往需要修改只读存储器的内容，比较费时、费事，很不灵活（见半导体只读存储器）。

3、串行存储器

它的单元排列成一维结构，犹如磁带。首尾部分的读取时间相隔很长，因为要按顺序通过整条磁带。半导体串行存储器中单元也是一维排列，数据按每列顺序读取，如移位寄存器和电荷耦合存储器等。

特点：砷化镓半导体存储器如1024位静态随机存储器的读取时间已达2毫秒，预计在超高速领域将有所发展。

(3)半导体存储介质扩展阅读：

半导体存储器优点

1、存储单元阵列和主要外围逻辑电路制作在同一个硅芯片上，输出和输入电平可以做到同片外的电路兼容和匹配。这可使计算机的运算和控制与存储两大部分之间的接口大为简化。

2、数据的存入和读取速度比磁性存储器约快三个数量级,可大大提高计算机运算速度。

3、利用大容量半导体存储器使存储体的体积和成本大大缩小和下降。

D. 半导体是怎样存储信息的

存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器，就用来存放程序和数据了。

E. 存储器可分为哪三类

存储器不仅可以分为三类。因为按照不同的划分方法，存储器可分为不同种类。常见的分类方法如下。

一、按存储介质划分

1. 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。

2. 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。

二、按存储方式划分

1. 随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。

2. 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。

三、按读写功能划分

1. 只读存储器(ROM)：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。

2. 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入的存储器。

二、选用各种存储器，一般遵循的选择如下：

1、内部存储器与外部存储器

一般而言，内部存储器的性价比最高但灵活性最低，因此用户必须确定对存储的需求将来是否会增长，以及是否有某种途径可以升级到代码空间更大的微控制器。基于成本考虑，用户通常选择能满足应用要求的存储器容量最小的微控制器。

2、引导存储器

在较大的微控制器系统或基于处理器的系统中，用户可以利用引导代码进行初始化。应用本身通常决定了是否需要引导代码，以及是否需要专门的引导存储器。

3、配置存储器

对于现场可编程门阵列(FPGA）或片上系统(SoC)，可以使用存储器来存储配置信息。这种存储器必须是非易失性EPROM、EEPROM或闪存。大多数情况下，FPGA采用SPI接口，但一些较老的器件仍采用FPGA串行接口。

4、程序存储器

所有带处理器的系统都采用程序存储器，但是用户必须决定这个存储器是位于处理器内部还是外部。在做出了这个决策之后，用户才能进一步确定存储器的容量和类型。

5、数据存储器

与程序存储器类似，数据存储器可以位于微控制器内部，或者是外部器件，但这两种情况存在一些差别。有时微控制器内部包含SRAM(易失性)和EEPROM(非易失)两种数据存储器，但有时不包含内部EEPROM，在这种情况下，当需要存储大量数据时，用户可以选择外部的串行EEPROM或串行闪存器件。

6、易失性和非易失性存储器

存储器可分成易失性存储器或者非易失性存储器，前者在断电后将丢失数据，而后者在断电后仍可保持数据。用户有时将易失性存储器与后备电池一起使用，使其表现犹如非易失性器件，但这可能比简单地使用非易失性存储器更加昂贵。

7、串行存储器和并行存储器

对于较大的应用系统，微控制器通常没有足够大的内部存储器。这时必须使用外部存储器，因为外部寻址总线通常是并行的，外部的程序存储器和数据存储器也将是并行的。

8、EEPROM与闪存

存储器技术的成熟使得RAM和ROM之间的界限变得很模糊，如今有一些类型的存储器（比如EEPROM和闪存）组合了两者的特性。这些器件像RAM一样进行读写，并像ROM一样在断电时保持数据，它们都可电擦除且可编程，但各自有它们优缺点。

参考资料来源：网络——存储器

F. 半导体存储器的分类

半导体存储器芯片按照读写功能可分为只读存储器（Read Only Memory，ROM）和随机读写存储器（Random Access Memory，RAM）两大类。

只读存储器电路结构简单，且存放的数据在断电后不会丢失，特别适合于存储永久性的、不变的程序代码或数据（如常数表、函数、表格和字符等），计算机中的自检程序就是固化在ROM中的。ROM的最大优点是具有不易失性。

不可重写只读存储器

1、掩模只读存储器（MROM）

掩模只读存储器，又称固定ROM。这种ROM在制造时，生产厂家利用掩模（Mask）技术把信息写入存储器中，使用时用户无法更改，适宜大批量生产。

掩模只读存储器可分为二极管ROM、双极型三极管ROM和MOS管ROM三种类型。

2、可编程只读存储器（PROM）

可编程只读存储器（Programmable ROM，简称PROM），是可由用户一次性写入信息的只读存储器，是在MROM的基础上发展而来的。

随机读写存储器

1、静态存储器（SRAM）

利用双稳态触发器来保存信息，只要不断电信息就不会丢失。静态存储器的集成度低，成本高，功耗较大，通常作为Cache的存储体。

2、动态存储器（DRAM）

利用MOS电容存储电荷来保存信息，使用时需要不断给电容充电才能保持信息。动态存储器电路简单，集成度高，成本低，功耗小，但需要反复进行刷新（Refresh）操作，工作速度较慢，适合作为主存储器的主体部分。

3、增强型DRAM（EDRAM）

EDRAM芯片是在DRAM芯片上集成一个高速小容量的SRAM芯片而构成的，这个小容量的SRAM芯片起到高速缓存的作用，从而使DRAM芯片的性能得到显着改进。

G. 存储器的存储介质是半导体吗

存储器的存储介质是半导体，一般称为半导体存储器，由大量相同的存储单元和输入、输出电路等构成。每个存储单元有两个不同的表征态0和1，用以存储不同的信息。半导体存储器是构成计算机的重要部件。同磁性存储器相比，半导体存储器具有存取速度快、存储容量大、体积小等优点，并且存储单元阵列和主要外围逻辑电路兼容，可制作在同一芯片上，使输入输出接口大为简化。

半导体存储器的分类

按功能的不同，半导体存储器可分为随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和串行存储器三大类。随着半导体集成电路工艺技术的发展，半导体存储器容量增长非常快，单片存储容量已进入兆位级水平，如16兆动态随机存储器（DRAM）已商品化，64兆、256兆DRAM在研制中。

H. 2.半导体存储器有哪两种类型

半导体存储器有RAM和ROM两种类型。
容量为256*4的RAM有10条地址线。至少8条数据线(16位CPU有16条数据线）
每个地址有一个字节的存储单元。

I. 半导体是怎么存储数据的

这很复杂的，有可擦拭储存器 ，有不可擦拭储存器，有备用电池储存器，有永久储存器，看你要那种，基本都是计算，转换，进制，比如一个集成块里面有上亿个晶体管，他们进行计算，单单一个半导体（比如一个二极管，或者三极管）是不行的。