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1、,7.1半导体存储器的特点与分类,7.2 随机存取存储器（ RAM）,7.3 只读存储器（ROM）,第7章 半导体存储器,7.1半导体存储器的特点与分类,存储器是存储信息的器件，主要用来存放二进制数据、程序和信息，是计算机等数字系统中不可缺少的组成部分。,7.1.1 半导体存储器的特点,集成度高，体积小,可靠性高，价格低,外围电路简单易于批量生产。,7.1.2 半导体存储器的分类,按存取功能，半导体存储器可分为 ：,顺序存取存储器SAM(Sequential access memory)。,按器件类型 ，半导体存储器可分为：,双极型存储器和MOS型存储器,只读存储器ROM（Read-only
2、memory ）,随机存取存储器RAM（Random access memory）,7.2.1 RAM 的结构与工作原理,CS,I / O,7.2 随机存取存储器（ RAM）,(Random Access Memory),存储单元, 存放一位二进制数的基本单元(即位)。,存储容量, 存储器含存储单元的总个(位)数。,存储容量 = 字数（word） 位数（bit）,地址, 存储器中每一个字的编号。,2561，2564 一共有 256 个字，需要 256 个地址,10244，10248 一共有 1024 个字，需要 1024 个地址,地址译码, 用译码器赋予每一个字一个地址。,N 个地址输入，能产
3、生 2N 个地址,一元地址译码(单向译码、基本译码、字译码),二元地址译码(双向译码、位译码) 行译码、列译码,1.存储矩阵,2.地址译码器,例 对 256 4 存储矩阵进行地址译码,一元地址译码,8线 256线,缺点: n 位地址输入的译码器,需要 2n 条输出线。,1 0 1 0,二元地址译码,4线 16线,1 0 . . . 0,1 0 0,8 位地址输入的 地址译码器,只有 32 条输出线。,25 (32) 根行选择线,10 根地址线, 2n (1024)个地址,25 (32)根列选择线,1024 个字排列成, 32 32 矩阵,当 X0 = 1，Y0 = 1 时，,对 0-0 单元读
4、(写),当X31 = 1，Y31 = 1时，,对 31-31 单元读(写),例 1024 1 存储器矩阵,例 容量为2564 的存储器，有256个字，8根,8根列地址选择线,32根行地址选择线,1024个存储单元,若给出地址A7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读/写？,地址线A7-A0，但其数据线有4根，每字4位。,当CS=0时，选中该单元。 若R/W=1，三态门1、2关, 3开，数据通过门3传到I/O口，进行读操作；,当CS=1时，三态门均为高阻态，I/O口与RAM内部隔离。,当Xi和Yi中有一消失，该单元与数据线联系被切断，由于互锁作用，信息将被保存。,若R/W=0，门1、
5、2开，门3关，数据将从I/O口通过门1、2，向T7、T8写入，进行写操作。,3.片选信号与读/写控制电路,7.2.2 RAM的存储单元,1. 静态存储单元,基本工作原理：,T5、T6 门控管 控制触发器与位线的连通,0,读操作时:,写操作时:,T7、T8 门控管 控制位线与数据线的连通,0,MOS管为 简化画法,1）六管 NMOS 存储单元,1,导通,0,截止,特点：,断电后数据丢失,2）六管 CMOS 存储单元,N,P,特点：,PMOS 作 NMOS负载，功耗极小，可在交流电源断电后,靠电池保持存储数据.,2. 动态存储单元,1）四管动态存储单元,T5、T6 控制 对位线的预充电,VDD,1
6、,导通,0,截止,T3、T4 门控管 控制存储单元 与位线的连通,T7、T8 门控管 控制位线与数 据线的连通,若无预充电，在“读”过程中 C1 存储的电荷有所损失，使数据 “1”被破坏，而预充电则起到给 C1 补充电荷的作用，即进行一次刷新。,2）三管动态存储单元,读操作:,先使读位线预充电到高电平,当读字线为高电平时 T3 导通,若 C 上存有电荷 (1) 使 T2 导通, 则 CB 放电, 使读位变为低电平 (0),若 C 上没有电荷 (0) 使 T2 截止, 则 CB 不放电, 使读位线保持高电平 (1),写操作:,当写字线为高电平时 T1 导通,将输入信号送至写位线，则将信息存储于
7、C 中,7.2.3 RAM 存储容量的扩展,1. 位扩展,地址线、读/写控制线、片选线并联,输入/ 输出线分开使用,如：用 8 片 1024 1 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAM,0 0,1 0,2. 字扩展,3. 字数、位数同时扩展,例3 用2564的RAM扩展为1K8位的RAM,4. RAM 芯片举例,片 选,输出使能,写入控制,该芯片是MOTO公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。,MCM6264,1024 4位RAM（2114）的结构框图,4096个存储单元排列成6464列的矩阵,输入/输出控制电路,参考资料：,故其容量为：1024字4位（又称为1K 4）,RAM211
8、4共有10根地址线，4根数据线。,7.3 只读存储器（ROM） 7.3.1 ROM 的分类,分类,掩模 ROM,可编程 ROM（PROM Programmable ROM）,可擦除可编程 ROM（EPROM Erasable PROM）,说明:,掩模 ROM,PROM,生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定， 不能更改,内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改,EPROM,存储数据可以更改，但改写麻烦，工作时只读,EEPROM 或 E2PROM,电擦除（几十毫秒）,紫外光擦除（约二十分钟）,7.3.2 ROM 的逻辑结构与工作原理,1）基本结构,1. ROM 的结构示意图,地址输入,数据输出,
9、 n 位地址, b 位数据,最高位,最低位,2）内部结构示意图,存储单元,数据输出,字 线,位线,地址译码器,ROM 存储容量 = 字线数 位线数 = 2n b（位）,地 址 输 入,a.缓冲器的表示方法,3）逻辑结构示意图,(1) 中大规模集成电路中逻辑图简化画法的约定,b.导线交叉点上的连接方式,d. 或门表示法,c. 与门表示法,(2)逻辑结构示意图,2n个与门构成 n 位 二进制译码器 , 输 出2n 个最小项。,. . .,n 个 输 入 变 量,b 个输出函数,或门阵列,与门阵列,2. ROM 的基本工作原理,1）电路组成,二极管或门,二极管与门,位 线,字线,输出 缓冲,2）工作
10、原理,输出信号的逻辑表达式,字线：,位线：,输出信号的真值表,0 1 0 1,A1 A0,D3 D2 D1 D0,1 0 1 0,0 1 1 1,1 1 1 0,3）功能说明,(1) 存储器,(2) 函数发生器,地址,存储数据,输入变量,输出函数,(3) 译码编码,字线,编码,0 1 0 1,1 0 1 0,0 1 1 1,1 1 1 0,A1 A0,0 0,0 1,1 0,1 1,输入变量,输出函数,在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为了方便 起见常用如图所示的简化画法,有二极管的存储单元用 一黑点表示。,3. ROM的阵列图,存储矩阵是一个“或”逻辑阵列,有二极管,无二极管,例:PROM
11、电路常采用PLD表示法：一个固定的与阵列和一个可编的或阵列 .,(1) ROM构成的全加器,4. ROM的应用举例,在数字系统中ROM的应用十分广泛，如组合逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。,全加器逻辑状态及三变量最小项编码,根据表可得：,WO,m0,W1,m1,W2,m2,W3,m3,W4,m4,W5,m5,W6,m6,W7,m7,S,C,A,B,C,最,小,项,译,码,器,选中,如：,(2) 用ROM实现十进制译码显示电路。,m0,m1,m2,m9,(3) 用ROM实现逻辑函数。,m0m1m2m3,D0 D1 D2 D3,(4) 电路如图，试画出F波形,(5) ROM构
12、成的序列脉冲发生器,采用计数器和ROM来实现。,例：要产生11000100这一八位序列脉冲。,在脉冲C的作用下，W0 W7依次被选中，从D依次输出01100010,工作波形,(6) ROM构成的字符发生器,字符发生器常用于显示终端、打印机及其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在ROM的存储矩阵中，再以适当的方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱动显示器显示。,下面用ROM构成的字符发生器显示字母R来说明其工作原理。,字符显示原理图,(b),由图可看出该字符显示器由7行5 列构成存储矩阵，将字母R的形状分割成若干部分并在相应的单元存入信息“1”。当地址输入由 000110周期地循环
13、变化时, 即可逐行扫描各字线, 把字线W0 W6所存储的字母“R”的字形信息从位线D0 D4读出。使显示设备一行行的显示上图的字形。,有一种可编程序的 ROM ，在出厂时全部存储 “1”，用户可根据需要将某些单元改写为 “0”,但是，只能改写一次，称为 PROM。,若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。,7.3.3 可编程ROM（PROM）,三、可擦除可编程ROM（EPROM）,存储单元采用N沟道叠栅管(SIMOS)。其结构如下：,7.3.4 隧道MOS管 E2PROM,7.3.5 快闪存储器 Flash Memory,第 7 章 小结 1. 随机存取存储器(RAM）,组成 ：主要由地址译码器、读/写控制电路和存储矩 阵三部分组成。,功能 ：可以随时读出数据或改写存储的数据，并且 读、写数据的速度很快。,种类 ：分为静态 RAM 和动态 RAM 。,应用 ：多用于经常更换数据的场合，最典型的应用 就是计算机中的内存。,特点：断电后，数据将全部丢失。,2. 只读存储器（ROM）,分类：掩模 ROM 可编程 ROM（PROM) 可擦除可编程 ROM（EPROM),只读存储器ROM中存储的内容一旦写入,在工作过程中不会改变，断电后数据也不会丢失，所以ROM也称为固定存储器，它在正常工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。,
