半导体存储器
一 半导体存储器概述
半导体存储器是微型计算机的重要组成部分，是微型计算机的重要记忆元件，常用于存储程序、常数、原始数据、中间结果和最终结果等数据。下面首先介绍几个与半导体存储器有关的概念。
位（bit）：
计算机中表示信息的基本单元是位，它用来表达一个二进制信息“1”或“0”。在存储器中，位信息是由具有记忆功能的半导体电路（如触发器）实现的。
字节（Byte）：
计算机中信息大多是以字节形式存放的。一个字节由8个信息位组成，通常作为一个存储单元.
字（Word）：
字是计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传递的一组二进制位。它的长度叫做字长。1个字通常由2个字节组成。
容量：存储器芯片的容量是指在一块芯片中所能存储的信息位数。例如，8 K×8位的芯片，其容量为能存储8×1024×8=65536位信息。一般以字节的数量表示，如上述芯片的存储容量为8K字节。
地址：字节所处的物理空间位置是以地址标识的。我们可以通过地址码访问某一字节，即一个字节对应一个地址。
对于16位地址线的微机系统来说，地址码是由4位十六进制数表示的。16位地址线所能访问的最大地址空间为64K字节。64K存储空间的地址范围是0000H～0FFFFH，第0个字节的地址为0000H，第1个字节的地址为0001H，……，第65535个字节的地址为0FFFFH。
二 半导体存储器的分类
半导体存储器通常按功能分为只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存取存储器RAM（又称为读写存储器Read Access Memory）。
2.1 只读存储器（ROM） (Read Only Memory)
ROM所存储的信息在正常情况下只能读取，不能随意改变。其信息是在特殊条件下生成的。即使停电其信息也不会丢失。因此，这种存储器适用于存储固定不变的程序和数据。ROM存储器按工艺常分为掩膜ROM、PROM和EPROM等三类。
2.1.1 掩膜ROM (Mask-ROM)：
其存储的信息是在掩膜工艺制造过程中固化进去的，信息一旦固化便不能再修改。因此，掩膜ROM适合于大批量的定型产品，它具有工作可靠和成本低等优点。
我知道的只有Handspring生产的Visor系列的Palm OS PDA，和SONY生产的低端Clie SL-10使用了这种ROM。
2.1.2 可编程只读存储器PROM（Programmable ROM）：
其信息可由用户通过特殊手段写入，但它只能写入一次，并且写入的信息不能修改。
2.1.3 EPROM（Erasable PROM）：
可擦除、可改写的PROM。用户可根据需要对它进行多次写入和擦除。但每次写入之前，一定要先擦除。按照信息擦除方法的不同，EPROM又可分为紫外线擦除的EPROM和电擦除的E2PROM（EEPROM）。通常其内容的擦除、写入都用专门的工具完成，操作比较简单。
EPROM:
因为写入电路是专用的，通常不会集成在计算设备之中，所以它通常做成不常更新，而且是插拔方式的。当需要更新的时候，取下来放入专用的写入设备改写。早期的某些电脑主板的BIOS，就使用了这种ROM。
EEROM：
与EPROM不同，E2PROM的擦写可以用电路而不是紫外线完成。擦写的电压比读入电压要高，通常在20V以上，擦写速度也较EPROM快。
Flash ROM / Flash EEPROM：
EEPROM一度使用很多，不过目前被一种改进的ROM - Flash ROM代替了。
这是目前最常见的可擦写ROM了，广泛的用于主板和显卡声卡网卡等扩展卡的BIOS存储上。而现在各种邮票尺寸的半导体存储卡，包括Compact Flash/CF，Smart Media/SM，Security Digital/SD，Multimedia Card/MMC，Memory Stick/MS，以及FUJI新出的标准vCard，还有各种钥匙链大小的USB移动硬盘/USB Drive/优盘，内部用的都是Flash ROM。
绝大多数PDA/掌上电脑也用它来存储操作系统和内置程序。还有数码相机，数码摄像机，MD/MP3播放器内部的Fireware（用于存储DSP/ASIC程序），也大多使用Flash ROM了。与EEPROM相比，Flash ROM有写入速度快，写入电压低的优点。
flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。
Flash Rom分为两种，NAND和NOR
两种的区别在于，前者像磁带而后者像CD，即NOR可以随机存储，而NAND的不可以。
以下我们对两种FLASH进行简要的对比：
1、 结构对比
NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。
2、 寿命：
NAND使用的是线性读取，速度比NOR的随机读取要快，而且可以刷新10万次，而NOR只有1万次。
3、 速度差别：
NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
4、 接口差别
NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。
NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。
NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。
5、 容量和成本
NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。
NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash用在8～4GB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
6、 可靠性和耐用性
采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。
7、 寿命(耐用性)
在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
位交换
所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。
一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。
当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。
这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。
坏块处理
NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。
NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可*的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。
2.2 随机存取存储器（