计算机组成原理zcyl(4)

1、计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心MOS管又分为两种类型：N型和P型。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心3.4.1、只读存储器、只读存储器ROM 主要有两类：主要有两类：掩模掩模ROM：掩模：掩模ROM实际上是一个存储内容固定的实际上是一个存储内容固定的ROM，由生产厂家提供产品。，由生产厂家提供产品。可编程可编程ROM：用户后写入内容，有些可以屡次写入。：用户后写入内容，有些可以屡次写入。一次性编程的一次性编程的PROM屡次编程的屡次编程的EPROM和和E2PROM。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心1、掩模ROM(1)掩模ROM的阵列结构和存储元 3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心(2)、掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图 3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心2、可编

2、程ROM EPROM叫做光擦除可编程只读存储器。它的存储内容可以根据需要写入，当需要更新时将原存储内容抹去，再写入新的内容。现以浮栅雪崩注入型MOS(Floating gate Avalanche-injection MOS，FAMOS)管为存储元的EPROM为例进行说明，结构如下图。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心浮栅雪崩注入型浮栅雪崩注入型MOS管为存储元的管为存储元的EPROM为例进行说为例进行说明，结构如图明，结构如图(a)所示，图所示，图(b)是电路符号。是电路符号。假设在漏极假设在漏极D端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中的电场足够强，那么会造成雪崩，产生很多高能量电的电场足够强，那么会造成雪崩，产生很多高能量电子。此时，假设在子。此时，假设在G2栅上加上正电压，形成方向与栅上加上正电压，形成方向与沟道垂直的电场，便可使沟道中的电子穿过氧化层而沟道垂

3、直的电场，便可使沟道中的电子穿过氧化层而注入到注入到G1栅，从而使栅，从而使G1栅积累负电荷。栅积累负电荷。由于由于G1栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，所以一旦电子注入到所以一旦电子注入到G1栅后，就能长期保存。栅后，就能长期保存。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心E2PROM存储元 EEPROM，叫做电擦除可编程只读存储器。其存储元是一个具有两个栅极的NMOS管，如图(a)和(b)所示，G1是控制栅，它是一个浮栅，无引出线；G2是抹去栅，它有引出线。在G1栅和漏极D之间有一小面积的氧化层，其厚度极薄，可产生隧道效应。如图(c)所示，当G2栅加20V正脉冲P1时，通过隧道效应，电子由衬底注入到G1浮栅，相当于存储了“1。利用此方法可将存储器抹成全“1状态。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算

4、机学院体系结构中心3.4.2、FLASH存储器FLASH存储器也翻译成闪速存储器，它是高密度非失易失性的读/写存储器。高密度意味着它具有巨大比特数目的存储容量。非易失性意味着存放的数据在没有电源的情况下可以长期保存。总之，它既有RAM的优点，又有ROM的优点，称得上是存储技术划时代的进展。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心FLASH存储元在EPROM存储元根底上开展起来的，由此可以看出创新与继承的关系。如右图所示为闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组成，除漏极D和源极S外，还有一个控制栅和浮空栅。1、FLASH存储元3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心“0状态：当控制栅加上足够状态：当控制栅加上足够的正电压时，浮空栅将储存的正电压时，浮空栅将储存许多电子带负电，这意味着许多电子带负电，这意味着浮空栅上有很多负电荷，这浮空栅上有很多负电荷，这种情况我们定义存储元处于种情况我们定义存储元处于0状态。状态。“1状态：如果控制栅不加正状

5、态：如果控制栅不加正电压，浮空栅那么只有少许电压，浮空栅那么只有少许电子或不带电荷，这种情况电子或不带电荷，这种情况我们定义为存储元处于我们定义为存储元处于1状态。状态。浮空栅上的电荷量决定了读取浮空栅上的电荷量决定了读取操作时，加在栅极上的控制操作时，加在栅极上的控制电压能否开启电压能否开启MOS管，并产管，并产生从漏极生从漏极D到源极到源极S的电流。的电流。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心编程操作：实际上是写操作。所有存储元的原始状态均处编程操作：实际上是写操作。所有存储元的原始状态均处“1状态，状态，这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。编程操作的目的是为存这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。编程操作的目的是为存储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成“0状态。如果某状态。如果某存储元仍保持存储元仍保持“1状态，那么控制栅就不加正电压。状态，那么控制栅就不加正电压。2、FLASH存储器的根本操作3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计

6、算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心读取操作：控制栅加上正电压。浮空栅上的负电荷量将决定是读取操作：控制栅加上正电压。浮空栅上的负电荷量将决定是否可以开启否可以开启MOS晶体管。如果存储元原存晶体管。如果存储元原存1，可认为浮空栅，可认为浮空栅不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。如果存储不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。如果存储元原存元原存0，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压缺乏以，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压缺乏以克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心擦除操作擦除操作：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。为此晶体管源极S加上正电压，这与编程操作正好相反，见图(c)所示。源极S上的正电压吸收浮空栅中的电子，从而使全部存储元变成1状态。3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心3.4.3、FLASH存储器的阵列结构3.4 只读存储器和闪速存储器只读存储器和闪速存储器2024/5/8

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