安防视频监控系统固态存储录像设备——半导体存储器特点、类型与结构

一、半导体存储器的特点

半导体存储器是目前微型计算机中的主存储器,它与磁芯存储器相比,具有下述优势。

•存取速度快、功耗低:因为半导体存储单元与外围电路均为电子线路,其整个芯片可工作在逻辑电平一级,所以存取速度快、功耗低。

•生产工艺简单,生产过程便于自动化:因为整个生产过程采用大规模集成电路工艺技术而可一次性完成,所以生产工艺简单,生产过程便于自动化。

•体积小、结构紧凑、价格低:因为在同样存储容量情况下,它只有磁芯存储器的几十分之一,所以体积小、结构紧凑、价格低。

•可靠性高:因为是集成芯片,所以可靠性高。

半导体存储器的主要缺点是,断电后会丢失信息,因此存储单元保留信息需要一定的功耗,且动态系统需要定时刷新,从而使得在一些场合中减少了系统的可用率;此外,它的抗辐射性能也不如磁芯存储器。

二、半导体存储器的类型

半导体存储器按信息的存取方式可分为随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。RAM。RAM中的存储内容需要可以随时读出和随时写入,它主要是用来存放各种正在执行的输入/输出数据、处理程序、中间结果,以及作为堆栈等。

RAM又可分为静态随机访问存储器(SRAM)和动态随机访问存储器(DRAM)两种。SRAM是由固定稳态及稳态的转换来记忆信息“1”和“0”的,其特点如下。

•集成度高于双极型RAM,但低于DRAM;

•不需要刷新;

•功耗比双极型RAM低,但比DRAM高;

•存取时间较DRAM长;

•易用电池做备用电源。

DRAM是靠电容的存储电荷来表示所存内容的RAM,其特点如下。

•集成度高于SRAM和双极型RAM;

•功耗比SRAM还要小;

•价格比SRAM低:

•由于用电容存储信息(电容有泄漏电荷现象),因而要对它进行刷新(再生);

•存取时间略短于SRAM,但较双极型RAM长。

(1)ROM。ROM中所存的内容是预先给定的,在工作过程中只能按地址单元读出,而不能写入新的内容。因此,ROM作为计算机主存的一部分,用来存放一些固定的程序,如监控程序、启动程序、磁盘引导程序等。ROM也可作为控制存储器存放微程序,应用于微程序控制器、字符显示器等外用设备。只要一接通电源,这些程序就能自动地运行。而这些存储的信息是用特殊方法写入的,一经写入就可长期保存,不受电源断电的影响。

从功能上说,ROM可分为以下4种类型。

•掩膜ROM-MROM;

•可编程ROM-PROM;

•可擦除可编程ROM-EPROM;

•系统可擦除可编程ROM。

这类ROM包括电可改写EPROM(EEPROM或E2PROM)和快闪存储器。它们不仅有EPROM的性能,而且改写过程可直接在工作系统中进行,无须专用设备。

此外,半导体存储器按所用材料的性质还可分为MOS存储器、双极型晶体管存储器和Bi-CMOS存储器,这里就不述说了。

三、半导体存储器的基本结构和组成

一个半导体存储器芯片内,除了存储单元阵列外,还包括有读写电路、地址译码电路和驱动器等。存储芯片通过地址总线、数据总线和控制总线与外部连接。地址总线是单向输入的,其数目与芯片容量有关。数据线是双向的,既可输入,也可输出,其数目与数据位数有关。控制线主要有读/写控制线与片选线两种。一个典型的RAM存储器的结构组成框图有下列几个部分。

存储单元阵列。存储单元用来存储1位二进制信息“0”或“1”,是组成存储器的基础和核心。存储单元阵列是存储单元的集合,如果一个存储单元为〃位,则需由"个存储元才能组成一个存储单元。在较大容量的存储器中,往往把各个字的同一位组织在一个集成片中。图1中的4096x1位,是指4096个字的同一位。由这样的16个片子则可组成4096x16的存储器。同一位的这些字通常排成矩阵的形式,如64x64=4096。由X选择线一行线和Y选择线一列线的交叉来选择所需要的单元。

图1 典型的RAM存储器示意图

(1)地址寄存器和地址译码器。中央处理器若要访问某“存储单元”,就要在地址总线A0~All上输出此单元的地址信号,并存放于地址寄存器。地址译码器把来自地址寄存器的表示地址的二进制代码转换成输出端的高电位、用来驱动相应的读写电路,以便选择所要访问的存储单元。

(2)地址译码有两种方式:一种是单译码方式;另一种是双译码方式,也称为位选法或重合法。为节省驱动电路,存储器中通常用双译码结构,它可减少选择线的数目。在双译码方式中,地址译码器分成X向和Y向两个译码器,若每一个有別2个输入端,它可以译出2物个输出状态,两个译码器交叉译码的结果,共可以译出2n/2x2n/2=2n个输出状态,其中〃为地址输入量的二进制位数。但此时译码输出线却只有2n/2根。若n=12,则双译码输出状态为212=4096个,而译码线仅只有2x26=128根。如采用单译码方式,就需要4096根译码线。

(3)驱动器。由于在双译码结构中,一条X方向选择线要控制挂在其上的所有存储元电路,如在4096x1中要控制64个电路,因此其所带的电容负载很大。所以,需要在译码器输出后加驱动器,由驱动器输出去驱动挂在各条X方向选择线上的所有存储元电路。

(4)I/O电路。I/O电路处于数据总线和被选用的单元之间,用以控制被选中的单元读出或写入,并且具有放大信息的作用。

(5)片选控制器C()S(。显然,单存储容量是有限的,因而需要一定数量的片子按一定方式进行连接后才能组成一个完整的存储器。在地址选择时,首先要对片子进行选择。通常,用地址译码器的输出和一些控制信号(如读/写命令)来形成片选信号。只有当片选信号有效时,才能选中某一片,此片所连的地址线才有效,这样才能对这一片上的存储元进行读或写的操作。片选信号用来确定哪个片被选中,读/写控制线决定芯片进行读/写的操作。至于是读还是写,则取决于中央处理器所给的是读还是写的命令。

(6)输出驱动器一三态输出缓冲器。为扩展存储器的容量,常需要将几个集成片的数据线并联使用。此外,存储器的读出或写入的数据都放在双向的数据总线上,这就要用到三状态输出缓冲器。标准的逻辑门只有“0”和“1”两个状态,而三态逻辑门除通常的“0”和“1”输出态外,还有输出为高阻悬浮状态的第三态。

此外,在动态RAM中,还有预存、刷新等方面的控制电路。

 

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