半导体存储器详解：从ROM到SRAM

"半导体存储器，包括只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM），其中RAM又分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。本文主要介绍了这两种存储器的基本结构和工作原理，以及它们在微机系统中的应用。" 半导体存储器是计算机系统中的关键组成部分，主要负责暂时存储程序和数据。它被分为两类：只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。ROM是一种非易失性存储器，即使断电，其存储的数据也不会丢失。ROM通常用于存储固定的系统程序和配置信息。其中，掩膜式ROM是一种常见的ROM类型，其内容在制造过程中设定并永久保存。 掩膜式ROM的工作原理基于一个简单的译码结构，通过一组地址线来选择存储单元。当特定的地址线被激活时，相应的字线和位线会导通或截止，从而读出预设的二进制数据。例如，4×4位的MOS管结构电路，通过字线和位线的组合可以访问16个存储单元，每个单元可以存储一个比特的信息。掩膜式ROM的内容在制造时已经烧录，无法在系统运行时修改。 RAM则主要用于临时存储程序执行时的数据，分为静态RAM和动态RAM。SRAM的读写速度较快，因为它不需要持续刷新，但功耗相对较高且集成度较低。SRAM的基本结构由多个存储单元组成，每个单元通常由6个晶体管构成，保持稳定的状态“0”或“1”。在读操作中，行地址和列地址译码器共同确定要访问的单元，然后通过数据线读取或写入信息。而在写操作中，写控制信号使得数据能够被写入存储单元。 相比之下，DRAM的结构更为复杂，但能实现更高的集成度，因此常用于大容量内存。DRAM需要定期刷新以保持数据，因为它的存储单元依靠电容器的电荷保持信息，电荷会随着时间逐渐泄漏。DRAM的访问过程与SRAM类似，但需要额外的刷新机制。 在微机系统中，存储器与CPU的连接至关重要。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器进行通信。虚拟存储器技术则进一步扩展了可用的内存空间，通过将部分内存映射到硬盘上，使得有限的物理内存可以模拟出更大的逻辑内存。 半导体存储器是计算机系统的核心组件，理解其基本结构和工作原理对于深入学习计算机系统和硬件设计至关重要。不同的存储器类型根据其特性和应用场景各有优势，满足了计算机在数据存储和处理上的多样化需求。