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1、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：2568bit=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
2、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： 只能读出，不能写入； 属于组合电路，电路简单，集成度高； 具有信息的不易失性； 存取时间在20ns50ns。,缺点：只适应存储固定数据的场合。,1、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
3、 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。,（1）基本构成,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。,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。,输出缓冲器的作用：、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； 、实现对输出的三态控制，以便与 系统总线连接。,（2）举例44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W0W3上的高电平信
4、号。,位输出线,二极管与门作译码,A1A000 W01； A1A001 W11； A1A010 W21； A1A011 W31；,（2）举例44存储器（续）,存储矩阵由4个二极管或门组成， 当W0W3线上给出高电平信号时， 会在D0D3输出一个二值代码,位输出线,二极管或门作编码器,D3W1W3 D2W0W2W3 D1 W1W3 D0W0W1,W0W3：字线 D0D3：位线（数据线） A0、A1：地址线,（2）举例44存储器（续）,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,D3W1W3 D2
5、W0W2W3 D1 W1W3 D0W0W1,与阵列,或 阵 列,简化ROM点阵图,D3W1W3 D2W0W2W3 D1 W1W3 D0W0W1,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,加高电压将熔丝化断， 即可将原有的1改写为0。,3 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
6、除。 读出：5V；擦除：20V；写入：20V。,EPROM：光擦除可编程ROM,E2PROM：电擦除可编程ROM,FLASH ROM：电擦除可编程ROM,紫外线照射擦除，时间长1020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(ms级)，整片擦除、或分块擦除。 读出：5V；写入：12V；擦除：12V(整块擦除),EPROM,E2PROM,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
7、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(也有非易失性的RAM,实际上类似于ROM)。,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,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,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
8、 如图的地址分成行列两组的形式，以简化电路。分行列译码，用两 条线来共同选择存储单元。,例：1024X4 SRAM（2114）,地址线：10根， A0 A9 数据线：4根， I/O0 I/O3 控制线： 2根，CS片选，0有效；R/W 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328=256个组合总的存储容量就是2564。,2564RAM存储矩阵,行地址译码器,列地址译码器,10244 RAM,行控制门 在内部,数据线,行选择 2664,列选择 2416,10244RAM存
9、储矩阵,行地址译码器,列地址译码器,D/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,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DRAM,DRAM存储依赖MOS管栅极的 寄生电容效应原理制成的。,2、DRAM,C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。,三、存储器容量扩展,1、位扩展,并联，I/O独立,第1片,第4片,40964RAM扩展成409616的存储器系统,A11,A0,D0,D15,2、字扩展,例：4片8K8位RAM扩展成32K
10、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。,000000000000000001111111111111 即 0000H1FFFH；,A0A12,A13,A14,D0D7,/Y0,/Y1,/Y2,/Y3,第片地址范围：,第片地址范围： 2000H3FFFH,第片地址范围： 4000H5FFFH,第片地址范围： 8000H7FFFH,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。,全加器,0 5 10 15,组合逻辑函数的实现： 基本门电路； 译码器； 数据选择器； ROM,两种表示形式,例1 用ROM实现全加器,2. 位应用实现组合函数,0 1 2 3 4 5 6 7,例2 用ROM实现将8421BCD码转换为七段数字显示译码电路,本章要求,熟练掌握半导体存储器的分类、特点； 熟练掌握ROM的应用（字应用、位应用）； 熟练掌握半导体存储器的扩展方法（字扩展、位扩展）； 掌握ROM、RAM的基本结构和概念。,作业：8.3 8.5 8.7 8.8,3管DRAM工作原理,1.存储体由T1T2T3管和分布电容C组成。,2.读写控制由G1G2G3管组成。,组成,原理,1.读操作 (R/W=1),(该单元选中,Xi1,Yi1),G2=1G30,
