半导体存储器ppt

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1、第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 第六章 半导体存储器 6.1 概述 6.2 顺序存取存储器（ SAM） 6.3 随机存取存储器（ RAM） 6.4 只读存储器（ROM） 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 第六章 半导体存储器 6.1 概述 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。 6.1.1 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 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.1.2 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(Sequenti

2、al 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 memory ） 随机存取存储器RAM（Random access memory） 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.2 顺序存取存储器（ SAM） SAM 是一种按顺序串行地写入或读出 的存储器，也成为串行存储器，由于SAM 的数据是按一定顺序串行写入或读出，所以 它实质上就是移位寄存器。 SAM按数据读出的顺序分为先入先出和 先入后出型。 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.3 随机存取存储器（ RAM） 存储单元 存放一位二进制数

3、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 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.3.1 RAM 的结构与工作原理 存储矩阵 读/写 控制器 地 址 译 码 器 地 址 码 输 入 片选

4、 读/写控制 输入/输出 CS R / W I / O 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 例 对 256 4 存储矩阵进行地址译码 一元地址译码 D3D2D1D0 W0 W1 W256 译 码 器 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 A0 A1 A7 1 0 . . . 0 W1 1 0 1 0 8 8线线 256 256线线 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 Y0Y1 Y15 A0 A1 A2 A3 X0 X1 X15 行 译 码 器 A4 A5 A6 A7 列译码器 Dout 4 4线线 1616线线 1 1 0 0

5、 . . . . . . 0 0 1 0 01 0 0 8 位地址输入的 地址译码器,只有 32 条输出线。 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 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(写) 当X31 = 1，Y31 = 1时， 对 31-31 单元读(写) 例 1024 1 存储器矩阵 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.3.2 RAM的存储单元 (一) 静态存储单元 基本工作原理： T T5 5 T T6 6 T T7 7 T

6、 T8 8 D D X X i i Y Y i i SR 位 线 B 位 线 B T T5 5 、T T 6 6 门控管 控制触发器与位线的连通 截止 截止 导通导通 0 0 截止截止 0 1 导通 导通 读操作时: 写操作时: T T7 7 、T T 8 8 门控管 控制位线与数据线的连通 0 0 0 0 1 MOS管为 简化画法 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 T T1 1 T T3 3 T T2 2 T T4 4 T T5 5 T T6 6 T T7 7 T T8 8 VDD VGG D D X X i i Y Y i i 1. 六管 NMOS 存储单元 基本基本RSRS 触发器

7、触发器 T T1 1 T T3 3 T T2 2 T T4 4 VDD VGG 1 导通 0 截止 0 截止 1 导通 特点： 断电后数据丢失 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 2. 六管 CMOS 存储单元 T T1 1 T T3 3 T T2 2 T T4 4 T T5 5 T T6 6 T T7 7 T T8 8 VDD D D X X i i Y Y i i 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. 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 (二) 动态存储单元 1. 四管动态存储单元 T T5 5 、T T 6 6 控制

8、 对位线的预充电 VDD 存储单元 T T1 1 T T2 2 T T3 3 T T4 4 T T5 5 T T6 6 T T7 7 T T8 8 DD X X i i Y Y i i 位位 线线 B B 位位 线线 B B CBCB 预充脉冲 C1 C2 1 1 导 通 0 0 截 止 T T3 3 、T T 4 4 门控管 控制存储单元 与位线的连通 T T7 7 、T T 8 8 门控管 控制位线与数 据线的连通 1 1 1 0 0 1 1 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。 第六章第六

9、章 半导体存储器半导体存储器 存储单元存储单元 2. 三管动态存储单元 T T1 1 T T2 2 T T3 3 T T4 4 写写 位位 线线 CB VDD 读读 位位 线线 写字线写字线 读字线读字线 C 读操作读操作: : 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 C 中 第六章第六章 半导体存储器半

10、导体存储器 6.3.3 RAM 存储容量的扩展 (一) 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 I / O 10241024 1 1(0) A0A1 A9R/WCS I / O 10241024 1 1(1) A0A1A9 R/WCS I / O 10241024 1 1(7) A0A1A9 R/WCS A0 A1 . . A9 CS R / W 0 0 0 0 I0 I1 I7D0D7 1 1 0 0 O0 O1 O7D0D7 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 (二) 字扩展 第六章第六

11、章 半导体存储器半导体存储器 （三）RAM 芯片举例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 61166116 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND VDD A8 A9 WE OE A10 CS D7 D6 D5 D4 D3 片 选 输出使能 写入控制 输入 工作方式 I / O CS OE WE A0A10D0D7 1 0 0 1 稳定 0 0 稳定 低功耗维持 读 写 高阻态 输出 输入 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.4 只读存储器（ROM） 6.4.1

12、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 紫外光擦除（约二十分钟） 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） 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 6.4.2 ROM 的逻辑结构与工作原理 1. 基本结构 一、ROM 的结构示意图 地址输入 数据输出 n 位地址 b 位数据 A0A1An-1

13、 D0D1Db-1 D0D1Db-1 A0A1An-1 2nb ROM 最高位 最低位 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 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 0单元 1单元 i 单元 2n-1单元 D0D1Db-1 A0 A1 An-1 W0 W1 Wi W2n-1 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 3. 逻辑结构示意图 m0 A0 A1 An-1 m1 mi m2n-1 译 码 器 Z0 (D0) 或门 Z1 (D1) 或门 Zb-1 (Db-1) 或门 2n个与门构成 n

14、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 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 W0 (m0) W2 (m2) D0=W0+W2 =m0+m2 二、ROM 的基本工作原理 1. 电路组成 二极管或门 二极管与门 W0 (m0) +VCC 1 A1 1 1 A0 1 Vcc EN D3 EN D2 EN D1 EN D0 D3 D2 D1 D0 W0 (m0) W1 (m1) W2 (m2) W3 (m3) 与 门 阵 列 (译码器) 或 门 阵 列 (编码器) 位 线 字线 输出 缓冲 第六章第六章 半导体存储器半导

15、体存储器 2. 工作原理 输出信号的逻辑表达式 1 A1 1 1 A0 1 Vcc EN D3 EN D2 EN D1 EN D0 D3 D2 D1 D0 W0 (m0) W1 (m1) W2 (m2) W3 (m3) 与 门 阵 列 (译码器) 或 门 阵 列 (编码器) 位 线 输出 缓冲 字线 字线： 位线： 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 输出信号的真值表 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 A1 A0D3 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 第六章第六章 半导体存储器半导体存储器 第六章 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