《集成电路课件：存储器技术与应用》.ppt

集成电路：存储器技术与应用

课程概述与学习目标1介绍存储器的基本概念、分类方法和工作原理。2深入讲解随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的类型和特点。3探讨新型非易失性存储器技术，如闪存、铁电存储器等。分析存储器层次结构、高速缓存和虚拟存储器的原理。5讲解存储器接口技术、扩展方法和测试方法。

存储器的基本概念存储器是计算机系统中用来存放数据和程序的部件，它为CPU提供快速访问数据的空间。存储器可以理解为一个由许多存储单元组成的阵列，每个存储单元可以存储一个数据位或一个字节。根据存储单元的组织方式、存取方式和信息保持特性，存储器可以进行多种分类。

存储器的分类方法按存取方式分类，主要分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两类。按信息保持特性分类，可以分为易失性存储器和非易失性存储器。

按存取方式分类随机存取存储器（RAM）任何一个存储单元都可以随机存取，存取时间与单元地址无关，速度快。只读存储器（ROM）只能读取信息，不能写入信息，通常用于存放固定的程序或数据。

随机存取存储器（RAM）概述RAM是一种易失性存储器，指断电后数据会丢失。它用于存放当前运行的程序和数据，CPU可以快速访问RAM中的内容。RAM的主要特点是：随机存取、速度快、成本较高，在计算机系统中扮演着重要的角色。

只读存储器（ROM）概述ROM是一种非易失性存储器，指断电后数据不会丢失。它通常用于存放固定的程序或数据，例如操作系统引导程序、设备驱动程序等。ROM的特点是：只能读取信息，速度相对较慢，成本较低。

按信息保持特性分类易失性存储器断电后数据会丢失，例如RAM。非易失性存储器断电后数据不会丢失，例如ROM、闪存、EEPROM等。

易失性存储器特点易失性存储器通常采用电容或电荷存储数据，当电源断开时，电容会放电或电荷会消失，导致数据丢失。例如，常见的RAM就是易失性存储器。

非易失性存储器特点非易失性存储器使用各种物理机制来存储数据，即使电源断开，数据也不会丢失。常见的非易失性存储器包括：ROM、闪存、EEPROM、铁电存储器、磁阻存储器等。

静态RAM（SRAM）工作原理SRAM使用晶体管和电容组成的存储单元来存储数据，每个存储单元由六个晶体管构成。在工作状态下，存储单元中的电容通过晶体管保持电荷，从而保存数据。SRAM的特点是速度快、功耗低，但成本相对较高。

SRAM存储单元结构SRAM的存储单元主要由六个晶体管和一个电容组成。六个晶体管分为两组，分别控制存储单元的读写操作。电容用来存储数据，晶体管通过控制电容的充放电状态来改变数据。

SRAM时序特性SRAM的时序特性包括读操作时间和写操作时间。SRAM的读操作时间通常很短，只有几十纳秒，而写操作时间略长一些，但仍然比DRAM快得多。SRAM的速度优势使其成为CPU缓存的理想选择。

SRAM应用场景SRAM的速度快、功耗低，使其成为高速缓存(Cache)的最佳选择。SRAM存储单元简单，可以实现低功耗，常被用于缓存芯片、高速网络设备、嵌入式系统等领域。

动态RAM（DRAM）工作原理DRAM使用电容来存储数据，每个存储单元由一个电容和一个晶体管组成。数据以电荷的形式存储在电容中。由于电容存在漏电，需要定期对数据进行刷新操作来保持数据不丢失。DRAM的特点是成本低廉，但速度较慢。

DRAM存储单元结构DRAM的存储单元由一个电容和一个晶体管组成。电容用来存储数据，晶体管充当开关，控制电容的充放电状态。数据以电荷的形式存储在电容中，需要定期刷新操作来保持数据不丢失。

DRAM刷新操作DRAM需要定期刷新操作来保持数据不丢失，因为电容存在漏电现象。刷新操作是指将每个存储单元中的电荷重新充电，以防止数据丢失。刷新操作需要占用一定的时间，因此会影响DRAM的性能。

DRAM时序特性DRAM的时序特性包括读操作时间、写操作时间和刷新时间。DRAM的读写操作时间比SRAM长，通常在几十纳秒到几百纳秒之间。刷新操作时间也需要一定的时间，影响DRAM的性能。

DRAM控制信号DRAM的控制信号用于控制DRAM的读写操作、刷新操作等。常见的控制信号包括：RAS(RowAddressStrobe)、CAS(ColumnAddressStrobe)、WE(WriteEnable)、CE(ChipEnable)等。这些控制信号通过控制信号线传输到DRAM芯片，对DRAM的工作状态进行控制。

同步DRAM（SDRAM）特点SDRAM是同步动态随机存取存储器，与传统的DRAM相比，SDRAM内部有一个时钟信号，使数据传输同步于时钟信号，提高了数据传输效率，降低了数据延迟，适合高带