数字电子技术第八章半导体存储器.ppt

第八章 半导体存储器主要内容★ 了解半导体存储器的结构、特点和功能★ RAM、ROM的应用存储器概述存储器是数字系统和电子计算机的重要组成部分；功能：存放数据、指令等信息 按材料分类 1) 磁介质类——软磁盘、硬盘、磁带 2) 光介质类——CD、DVD 3) 半导体介质类——ROM、RAM等 按功能分类 主要分RAM和ROM两类，不过界线逐渐模糊 RAM: SRAM, DRAM, ROM: 掩模ROM,PROM,EPROM,EEPROM,FLASH ROM 性能指标 1)存储容量——一般用字位数表示,即字数×位数；如：256×8bit=2048位 2)存取时间——存储器操作的速度本课主要讲述半 导体介质类器件半导体存储器——存放大量二进制信息的半导体器件分为：ROM、RAM一、只读存储器ROM （read only memory）ROM ～ 是存储固定信息的存储器件，即先把信息或数据写入存储器中，在正常工作时，它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能写入ROM是存储器结构最简单的一种特点： ①只能读出，不能写入；②属于组合电路，电路简单，集成度高；③具有信息的不易失性；④存取时间在20ns～50ns。

缺点：只适应存储固定数据的场合ROM的分类(1)按制造工艺分二极管ROM 双极型ROM(三极管) 单极型(MOS)(2)按存储内容写入方式分掩膜ROM(固定ROM)——厂家固化内容； 可编程ROM（PROM）——用户首次写入时决定内容 一次写入式）可编程、光可擦除ROM（EPROM）—可根据需要改写数据； 可编程、电可擦除ROM（EEPROM 即E2PROM） 快闪存储器FLASH ROM1、腌膜ROM(固化ROM)采用腌膜工艺制作ROM时，其存储的数据是由制作过程中的腌膜板决定的这种腌膜板是按照用户的要求而专门设计的因 此，腌膜ROM在出厂时内部存储的数据就“固化”在里面了，使用 时无法再更改A0Ai地址译码器…存储矩阵输出缓冲器地 址 输 入三态控制输入数据 输出（1）基本构成①地址译码器的作用将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出，并把其中的数据送到输出缓冲器A0Ai地址译码器…存储矩阵输出缓冲器地 址 输 入三态控制输入数 据 输 出②存储矩阵是由存储单元排列而成，可以由二极管、三极管或MOS管构成每个单元存放一位二值代码。

每一个或一组存储单元对应一个地址代码③输出缓冲器的作用：Ⅰ、提高存储器的带负载能力，将高、低电平转换标准的逻辑电平；Ⅱ、实现对输出的三态控制，以便与系统总线连接2）举例4×4存储器2位地址代码A1、A0给出4个不同地址，4个地址代码分别译出W0～W3上的高电平信号位输出 线111111VccA1A0D3D2D1D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3’VccA1A0W3二极管与门作译码A1A0＝00 W0＝1； A1A0＝01 W1＝1； A1A0＝10 W2＝1； A1A0＝11 W3＝1；（2）举例4×4存储器（续）存储矩阵由4个二极管或门组成， 当W0～W3线上给出高电平信号时， 会在D0～D3输出一个二值代码位输出 线111111VccA1A0D3D2D1D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3’D3’W3W1二极管或门作编码器D3＝W1＋W3 D2＝W0＋W2＋W3 D1＝ W1＋W3 D0＝W0＋W1W0～W3：字线 D0～D3：位线（数据线） A0、A1：地址线（2）举例4×4存储器（续）位输出 线111111VccA1A0D3D2D1D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3’字线和位线的每个交叉点都是一个存储单元，在交叉点上接 二极管相当于存1，没接二极管相当于存0，交叉点的数目就是 存储容量，写成“字数×位数”的形式D3＝W1＋W3 D2＝W0＋W2＋W3 D1＝ W1＋W3 D0＝W0＋W1存储内容真值表地 址数 据 A1 A0D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 10 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0＝m1＋m3 ＝m0＋m2＋m3 ＝m1＋m3 ＝m0＋m1地 址数 据 A1 A0D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 10 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0D3 D2 D1 D0与阵列或 阵 列 W1W0W2 W3简化ROM点阵图字输出：D3D2D1D0随着地址的不同有不同的数据。

位输出：D3、D2、D1、D0每根位线，由不同的最小项组成，可实现组合逻辑函数D3＝W1＋W3 D2＝W0＋W2＋W3 D1＝ W1＋W3 D0＝W0＋W1输出方式2 PROM(可编程ROM)PROM只能写一次，一旦写入就不能修改（OTP型） 基本结构同掩模ROM，由存储矩阵、地址译码和输出电路组成 出厂时在存储矩阵地所有交叉点上都做有存储单元，一般存1 存数方法：熔丝法和击穿法熔丝法图示e 熔丝cbVcc 字线位线加高电压将熔丝化断， 即可将原有的1改写为03 EPROM、E2PROM、FLASH ROM电擦除，一般芯片内部带有升压电路，可以直接读写EEPROM， 擦除时间短(ms级)，可对单个存储单元擦除 读出：5V；擦除：20V；写入：20VEPROM：光擦除可编程ROME2PROM：电擦除可编程ROMFLASH ROM：电擦除可编程ROM紫外线照射擦除，时间长10～20分钟 整片擦除 写入一般需要专门的工具结合EPROM和EEPROM的特点，构成的电路形式简单，集成度高，可靠性好擦除时间短(μs级)，整片擦除、或分块擦除读出：5V；写入：12V；擦除：12V(整块擦除)EPROME2PROM二、 随机存储器RAM （random access memory ）RAM——在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息， 又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机 存储器(或读写存储器)。

读写速度很快但一般有易 失性，数据掉电后就消失RAM 按功能可分为RAM 按所用器件可分为RAM 优点：读写方便，具有信息的灵活性缺点：一般有易失性，数据掉电后就消失静态(SRAM) 动态(DRAM)双极型MOS型1.SRAM的基本结构A0Ai行地址译码器…列地址译码器Ai+1An-1……存储矩阵读写控制电路CS R/WI/O地址输入控制输入数据输入/输出输入信号（三组）：地址输入、控制输入和数据输入输出信号（一组）：数据输出A0Ai行地址译码器…列地址译码器Ai+1An-1……存储矩阵读写控制电路CS R/WI/O地址输入控制输入数据输入/输出存储矩阵：有许多存储单元排列而成，每个存储单元存一位二 值信息（0、1），在译码器和读/写电路的控制下，既可以写入1或0，又可以将存储的数据读出由于存储器的容量巨大，在存储器中使用双译码形式，就是 地址分成行列两组，以简化电路分行列译码，用两条线来共同 选择存储单元R/W=1，读出 R/W=0，写入CS=0，工作 CS=1，高阻A0Ai行地址译码器…列地址译码器Ai+1An-1……存储矩阵读写控制电路CS R/WI/O地址输入控制输入数据输入/输出例：1024X4 SRAM（2114）A3A4A5A6A7A8行地址译码器列地址译码器存储矩阵读写控制电路CS R/W数据输入/输出A0 A1 A2 A9I/O0I/O1I/O2I/O3地址线：10根， A0 ～ A9 数据线：4根， I/O0 ～ I/O3 控制线： 2根， 片选，0有效； 读写控制★每个由X，Y共同选中的单元中实际包含了4个1位数据存储单元表示4位数据。

★行选择线有32条(含5根地址线)，列选择线8条(含3根地址线),一共可以有32×8=256个组合总的存储容量就是256×4256×4RAM存储矩阵行 地 址 译 码 器列地址译码器A0 A1 A2A3A5A6A7A41024×4 RAM列控制门数据线行选择 26＝64列选择 24＝161024×4RAM存储矩阵行 地 址 译 码 器列地址译码器&&G1G2G3DDR/WCSI/OD/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作 数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器 内部写入输入输出控制电路存储体&&G1G2G3DDR/WCSI/O100D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作 数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器 内部写入输入输出控制电路① CS=1时， G1,G2,G3都是高阻， 存储器与输入/输出 线完全隔离存储体&&G1G2G3DDR/WCSI/O01D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作 数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器 内部写入输入输出控制电路② CS=0、R/W=1时： G1,G2三态，G3开通 D端数据输出到I/O线上① CS=1时， G1,G2,G3都是高阻， 存储器与输入/输出 线完全隔离存储体&&G1G2G3DDR/WCSI/O100D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作 数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器 内部写入。

输入输出控制电路③ CS=0, R/W=0时, G1,G2开通，G3三态，I/O上的数据被同时送到D/D上，改变存 储单元内部内容② CS=0、R/W=1时： G1,G2三态，G3开通 D端数据输出到I/O线上① CS=1时， G1,G2,G3都是高阻， 存储器与输入/输出 线完全隔离存储体RAM操作时序要求： 了解时序图SRAM体积大不易高密度集成 ，大容量存储器一般都采用 DRAMDRAM存储依赖MOS管栅极的 寄生电容效应原理制成的2、DRAMC上电荷也不能长时间维持， 所以还必须定时对电容充电，称 为再生或刷新说明：ROM无R/W，位扩展其余端的连接与RAM相同三、存储器容量扩展1、位扩展地址并联，I/O独立第1片第4片4096×4RAM扩展成4096×16的存储器系统A11A0R/WCSD0D15方法：2、字扩展地址并联，CS独立例：4片8K×8位RAM扩展成32K×8位RAM 32K有15条地址线，8K芯片本身用13条，另两条译码后作为片选000’0000’0000’00 00～ 001’1111’1111’11 11 即 0000H～1FFFH；ⅠⅡⅢⅣA0～A12R/WA13 A14D0～D7/Y0 /Y1/Y2 /Y3第Ⅰ片地址范围：第Ⅱ片地址范围：2000H～3FFFH第Ⅲ片地址范围：4000H～5FFFH第Ⅳ片地址范围：6000H～7FFFH方法：四、存储器的基本应用1. 字应用——由地址读出对应的字，例实现B码→G码的转换。

二进进制G3 G2 G1 G0 00000 0 0 0 00010 0 0 1 00100 0 1 1 00110 0 1 0 01000 1 1 001010 1 1 1 01100 1 0 1 01110 1 0 010001 1 0 010011 1 0 1 10101 1 1 110111 1 1 0 11001 0 1 0 11011 0 1 1 11101 0 0 111111 0 0 0B3 B3 B2 B2 B1 B1 B0 B00 5 10 15G3 G2 G1 G0用PROM实现。