半导体内存

半导体内存是一种用于数字数据存储的数字电子半导体设备，例如计算机存储器。它通常是指在矽整合电路内存芯片上存储数据中数据中数据存储在金属 - 氧化 - 氧化 - 气形导向器（MOS）内存细胞中的设备。使用不同的半导体技术有许多不同类型。随机访问存储器（RAM）的两种主要类型是静态RAM （SRAM），它使用每个存储器单元格的几个晶体管和动态RAM （DRAM），该RAM（DRAM）使用每个单元格使用晶体管和MOS电容器。非挥发性内存（例如EPROM ， EEPROM和闪存）使用浮网状存储单元，该单元由每个单元格组成。

大多数类型的半导体内存具有随机访问的属性，这意味着访问任何内存位置所需的时间相同，因此可以以任何随机顺序有效访问数据。这与数据存储媒体（例如CD）形成鲜明对比，这些数据存储媒体连续读取数据，因此只能以与其编写的相同顺序访问数据。半导体存储器的访问时间也比其他类型的数据存储更快。数据字节可以在几纳秒内写入或从半导体内存中读取，而旋转存储（例如硬盘）的访问时间在毫秒范围内。由于这些原因，它用于主存储，保存程序和计算机当前正在处理的数据，以及其他用途。

截至2017年，半导体记忆芯片的销售额为1240亿美元，占半导体行业的30％。换档寄存器，处理器寄存器，数据缓冲区和其他没有内存地址解码机制的小型数字寄存器，尽管它们也存储了数字数据，但它们通常不称为内存。

描述

另请参阅：计算机存储器

在半导体内存芯片中，每个二进制数据都存储在一个小电路中，称为记忆单元，该电路由一到几个晶体管组成。记忆单元在芯片表面的矩形阵列中布置。 1位存储单元以小单元为单位分组，这些单元被称为单个内存地址。记忆的单词长度通常是两个功率，通常为n = 1、2、4或8位。

通过二进制号码访问数据，称为“存储地址” ，该数字应用于芯片地址引脚，该编号指定芯片中的哪个单词可以访问。如果内存地址由m位组成，则芯片上的地址数为2 m ，每个地址都包含一个n位单词。因此，每个芯片中存储的数据量为n 2 m位。 M地址线数量的内存存储容量由2 m给出，通常具有2：2、4、8、16、32、64、128、256和512的功率Terabits等。截至2014年，最大的半导体内存芯片容纳了几千兆的数据，但是正在不断开发更高的容量内存。通过组合几个集成电路，可以将内存排列成一个比每个芯片所提供的更大的单词长度和/或地址空间，通常但不一定是两个的力量。

记忆芯片执行的两个基本操作是“读取的”，其中记忆单词的数据内容被读取（非损坏性）和“写入”，其中数据存储在存储器单词中，替换了以前的任何数据存放在那里。为了提高数据速率，在某些最新类型的内存芯片（例如DDR SDRAM）中，每次读取或写入操作都可以访问多个单词。

除了独立的内存芯片外，半导体内存的块是许多计算机和数据处理集成电路的组成部分。例如，运行计算机的微处理器芯片包含缓存内存以存储等待执行的指令。

类型

挥发性记忆

计算机的RAM芯片通常会在类似的可移动内存模块上。可以通过插入其他模块来添加其他内存。

当关闭内存芯片的电源时，挥发性内存将失去其存储的数据。但是，它可能比非易失性记忆更快且便宜。此类型用于大多数计算机中的主内存，因为在计算机关闭时数据存储在硬盘上。主要类型是：

RAM （随机访问内存） - 与ROM相比（下） ，这已成为任何可以写入并从中读取的半导体内存的通用术语，只能读取。所有半导体内存，不仅是RAM都具有随机访问的属性。

  • DRAM （动态随机访问存储器） - 这使用一个由一个MOSFET （MOS场效应晶体管）和一个MOS电容器组成的存储单元来存储每个位。这种类型的RAM是最便宜且密度最高的，因此它用于计算机中的主要内存。但是，将数据存储在存储单元中的电荷会慢慢泄漏，因此必须定期刷新内存单元（重写），这需要额外的电路。刷新过程由计算机内部处理，并向其用户透明。
    • FPM DRAM （快速页面模式DRAM ） - 一种较旧类型的异步DRAM，通过允许对单个内存的单个“页面”的重复访问以更快的速度发生，从而改善了以前的类型。在1990年代中期使用。
    • EDO DRAM （扩展数据输出DRAM ） - 一种较旧类型的异步DRAM，它通过能够启动新的内存访问而具有比早期类型更快的访问时间，而从上一个访问中的数据仍在传输中。在1990年代后期使用。
    • VRAM （视频随机访问存储器） - 曾经用于视频适配器框架缓冲区（视频卡）的较旧类型的双向内存。
    • SDRAM （同步动态随机访问存储器） - 此添加了DRAM芯片的电路，该电路将所有操作与添加到计算机内存总线中的时钟信号同步。这使CHIP可以使用管道来同时处理多个内存请求，从而提高速度。芯片上的数据还分为银行，每个银行都可以同时在内存操作上使用。到2000年左右，这成为了计算机记忆的主要类型。
      • DDR SDRAM （双重数据速率SDRAM ） - 通过双泵化，这可能会在每个时钟周期中传输两倍的数据（两个连续单词）（在时钟脉冲的上升和下降边缘上都传输数据）。该想法的扩展是当前（2012）技术用于提高内存访问率和吞吐量。由于事实证明很难进一步提高内部记忆芯片的内部时钟速度，因此这些芯片通过在每个时钟周期中传输更多数据单词来提高传输率
        • DDR2 SDRAM - 每个内部时钟周期连续传输4个单词
        • DDR3 SDRAM - 每个内部时钟周期连续传输8个单词。
        • DDR4 SDRAM - 每个内部时钟周期连续传输16个单词。
      • RDRAM （ Rambus DRAM ） - 在某些Intel系统上使用的替代双数据速率存储器标准，但最终输给了DDR SDRAM。
      • Sgram （同步图形RAM ） - 专门用于图形适配器的SDRAM（视频卡）。它可以执行与图形相关的操作，例如位屏蔽和块写入，并且可以一次打开两页的内存。
      • HBM （高带宽内存） - 图形卡中使用的SDRAM的开发，可以更快地传输数据。它由多个内存芯片组成，彼此堆叠，并带有更宽的数据总线。
    • PSRAM （伪静力RAM ） - 这是DRAM，它具有在芯片上执行内存刷新的电路，因此它的作用类似于SRAM，可以关闭外部存储器控制器以节省能量。它用于一些游戏机，例如Wii 。
  • SRAM （静态随机访问存储器） - 将每个数据存储在一个由4至6个晶体管制成的触发器的电路中。 SRAM比DRAM较少密度，每位昂贵，但不需要内存刷新。它用于计算机中较小的缓存记忆。
  • CAM （内容 - 可调地的内存） - 这是一种专业类型，其中不使用地址访问数据，而是应用了数据字，并且如果单词存储在存储器中，则存储器将返回位置。它主要集成在其他芯片中，例如用于缓存存储器的微处理器。

非易失性记忆

非易失性存储器（NVM）保留了在关闭芯片功率的时期内存储的数据。因此，它用于便携式设备中的内存，没有磁盘，以及可移动的内存卡除其他用途。主要类型是：

  • ROM （仅读取内存） - 旨在保存永久数据，并且在正常操作中仅读取而不是写入。尽管可以写入许多类型，但写作过程很慢，通常必须一次重写芯片中的所有数据。它通常用于存储必须立即访问计算机的系统软件，例如启动计算机的BIOS程序，以及用于便携式设备和嵌入式计算机（例如微控制器）的软件（微型）。
    • MROM （ Mask编程的ROM或Mask ROM ） - 在这种类型中，当芯片制造时，将数据编程到芯片中，因此仅用于大型生产运行。不能用新数据重写。
    • PROM （可编程可读取的内存） - 在此类型中，数据将其写入现有的PROM芯片之前，然后将其安装在电路中，但只能编写一次。数据是通过将芯片插入称为PROM程序员的设备来编写的。
    • EPROM （可擦除可编程的只读内存或uveprom） - 在此类型中，可以通过从电路板中删除芯片，将其暴露于紫外线来删除现有数据并将其插入PROM程序员，从而重写其中的数据。 。 IC包装在顶部有一个小的透明“窗口”，可以接收紫外线。它通常用于原型和小型生产式运行设备，其中可能必须在工厂更改其中的程序。
      4M EPROM，显示用于擦除芯片的透明窗口
    • EEPROM （可擦除的可编程可读取内存） - 在这种类型中，数据可以用电气重写，而芯片在电路板上，但写作过程很慢。这种类型用于保存固件，固件是运行硬件设备的低级微码，例如大多数计算机中的BIOS程序，因此可以进行更新。
  • NVRAM （非挥发性随机访问记忆）
    • FRAM （铁电RAM ） - 一种非易失性RAM。
  • 闪存- 在这种类型中，写作过程在EEPROM和RAM内存之间的速度中间。它可以写入，但不够快，无法作为主要记忆。它通常用作硬盘的半导体版本来存储文件。它用于可移植设备，例如PDA， USB闪存驱动器以及数码相机和手机中使用的可移动存储卡。

历史

另请参阅：计算机内存和内存单元格（计算）

早期计算机记忆由磁核记忆组成，因为早期的固态电子半导体，包括晶体管，例如双极连接晶体管（BJT），不切实际地用作数字存储元件（存储单元）。最早的半导体记忆可以追溯到1960年代初，其双极记忆使用了双极晶体管。由离散设备制成的双极半导体内存首先是由德州仪器运送到1961年美国空军的。同年，综合电路（IC）芯片上固态记忆的概念是由Fairchild的应用程序工程师鲍勃·诺曼（Bob Norman）提出的半导体。第一个单芯片内存IC是由Paul Castrucci设计的1965年12月制造的BJT 16位IBM SP95。虽然双极记忆在磁核记忆中提供了改善的性能，但它无法与较低的磁核记忆价格竞争，直到1960年代后期，它一直占主导地位。双极记忆无法替代磁核内存，因为双极触发器电路太大且昂贵。

MOS记忆

另请参阅： MOSFET

Mohamed M. Atalla和Dawon Kahng于1959年在Bell Labs发明的金属 - 氧化物 - 氧化物- 氧化型野外晶体管（MOSFET）的出现，从而实现了金属- 氧化物- 氧化型- 氧化型- 氧化型横向器（MOS）的实际使用元素，以前由磁芯在计算机存储器中提供的功能。 MOS记忆是由John Schmidt于1964年在Fairchild Semiconductor上开发的。除了更高的性能外，MOS的存储器比磁核记忆更便宜，并且消耗的功率更少。这导致MOSFET最终将磁芯作为计算机存储器中的标准存储元素。

1965年，皇家雷达建立的J. Wood和R. Ball提出了使用CMOS （互补MOS）存储单元的数字存储系统，除了MOSFET电源设备用于电源，开关交叉耦合，开关和延迟线路外贮存。 1968年，Fairchild在Fairchild的Federico Faggin开发了矽胶MOS集成电路（MOS IC）技术，这使MOS存储芯片的生产能够生产。 NMOS记忆在1970年代初由IBM商业化。 MOS记忆超过了1970年代初期的磁芯记忆作为主要的内存技术。

当参考计算机使用时，“内存”一词通常是指挥发性随机访问记忆（RAM）。挥发性RAM的两种主要类型是静态随机访问存储器（SRAM）和动态随机访问存储器（DRAM）。双极SRAM是由罗伯特·诺曼（Robert Norman）于1963年在Fairchild半导体上发明的，随后于1964年在Fairchild的John Schmidt开发MOS SRAM。SRAM成为磁核记忆的替代品，但每位数据需要六个MOS晶体管。 SRAM的商业用途始于1965年，当时IBM为System/360 Model 95推出了SP95 SRAM芯片。

东芝（Toshiba）于1965年为其Toscal BC-1411电子计算器引入了双极DRAM记忆细胞。尽管它在磁性核心内存中提供了改善的性能，但双极DRAM无法与当时优势磁核记忆的较低价格竞争。 MOS技术是现代DRAM的基础。 1966年， IBM Thomas J. Watson Research Center的Robert H. Dennard博士正在研究MOS记忆。在检查MOS技术的特性时，他发现它有能力构建电容器，并且在MOS电容器上存储或无电荷可以代表一点的1和0，而MOS晶体管可以控制将电荷写入给电容器。这导致了他开发了单晶体管DRAM记忆单元。 1967年，丹纳德（Dennard）根据MOS技术申请了IBM专利单晶体管DRAM记忆单元。这导致了1970年10月的第一个商业DRAM IC芯片，即Intel 1103 。

术语“内存”通常也用于参考非易失性内存，特别是闪存。它起源于仅阅读记忆（ROM）。可编程的只读记忆（PROM）是由Wen Tsing Chow于1956年发明的，在美国博世Arma公司的Arma部门工作。 1967年，贝尔实验室的Dawon Kahng和Simon Sze提出，MOS半导体设备的浮动门可用于可重编程的可读取记忆（ROM）的单元，这导致Intel的Dov Frohman发明Eprom （Erabaibal Prom（可透明的Prom） ）1971年。EEPROM （可擦除的舞会）由Yasuo Tarui，Yutaka Hayashi和Kiyoko Naga在日本国际贸易和工业部（MITI）电动技术实验室在1972年开发。 。 Masuoka及其同事在1984年发表了Nor Flash的发明，然后在1987年发表了NAND​​ Flash。东芝将NAND NAND闪烁在1987年。

申请

另请参阅： MOSFET申请列表
MOS内存应用
MOS内存类型 abbr。 MOS记忆单元 申请
静态随机记忆 SRAM MOSFET 缓存内存，手机， ESRAM ，大型件，多媒体计算机，网络，个人计算机，服务器，超级计算机，电信，工作站， DVD磁盘缓冲区，数据缓冲区，非挥发性BIOS内存
动态随机访问记忆 德拉姆 MOSFET ， MOS电容器 摄像头，嵌入式逻辑， Edram ，图形卡，硬盘驱动器（HDD），网络，个人计算机，个人数字助手，打印机，主要计算机存储器，台式计算机，服务器，服务器，固态驱动器，视频存储器，视频记忆， Framebuffer Moremor
铁电随机访问存储器 框架 MOSFET，铁电容器 非易失性记忆，射频标识（RF标识），智能卡
只读记忆 只读存储器 MOSFET 角色生成器，电子乐器，激光打印机字体，视频游戏ROM墨盒，文字处理器词典数据
可擦除可编程的只读内存 EPROM 浮网摩fet CD-ROM驱动器，嵌入式内存，代码存储，调制解调器
可擦除的可编程仅阅读记忆 EEPROM 浮网摩fet 防锁制动系统，安全气囊，汽车收音机，手机，消费电子产品，无绳电话，磁盘驱动器，嵌入式内存，飞行控制器，军事技术，现代技术，打印机，打印机，打印机，机顶盒，智能卡
快闪记忆体 闪光 浮网摩fet ATA控制器，电池供电的应用程序，电信，代码存储，数码相机， MP3播放器，便携式媒体播放器，BIOS内存， USB Flash Drive ，数字电视，电子书，存储卡，移动设备，移动设备，设定框，智能手机，智能手机，智能手机，固态驱动器，平板电脑
非挥发性随机记忆 nvram 漂浮的山面mosfets 医疗设备，航天器

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