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1、半导体存储器,半导体存储器（简称存储器）是一种能存储大量二值信息或数据的半导体器件。对存储器的操作（也称为访问）通常分为两类：读操作和写操作。读操作是从存储器中取出其存储信息的过程；写操作是把信息存入到存储器的过程。 存储器的技术指标包括存储容量、存取速度、可靠性、功耗、工作温度范围和体积等。,一、概述,存储容量（M)：存储二值信息的总量。,字数：字的总量。,字长（位数）：表示一个信息多位二进制码称为一个字， 字的位数称为字长。,M字数位数,地址：每个字的编号。,字数 = 2n （n为存储器外部地址线的线数）,例如：一个内有8192个基本存储单元的存储器，其存储容量为8Kbit（1K=210=
2、1024）； 如果这个存储器每次可以读（写）8位二值码，说明它可以存储1K个字，每字为8位，这时的存储容量也可以用1K8位来表示。,一、概述,半导体存储器的分类按读写功能分为：只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和随机存储器（Random Access Memory，RAM）。按在计算机系统中的作用分为：主存储器（内存）、辅助存储器（外存）和高速缓冲存储器。 按信息的可保存性分为： 易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器在系统关闭时会失去存储的信息，它需要持续的电源供应以维持数据。大部分的RAM都属于此类。非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息，如ROM半导
3、体存储器、磁介质或光介质存储器。,一、概述,只读存储器 在正常工作状态时，内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。(Read-Only Memory),1、ROM的分类,按写入情况划分,固定ROM（掩膜ROM）,可编程ROM,可编程ROM（PROM）,可擦除PROM（EPROM）,电可擦除PROM（E2PROM）,按存贮单元中器件划分,二极管ROM,三极管ROM,MOS管ROM,二、只读存储器,快闪存储器（FLASH）,固定ROM所存储的数据已由生产厂家在制造时用掩模板确定，用户无法进行更改，所以也称掩模编程ROM。PROM在出厂时，存储内容全为1或全为0，用户根据自己的需要进行编程，
4、但只能写入一次，一旦写入则不能再修改。EPROM具有较强的灵活性，它存储的内容既可按用户需要写入，也可以用紫外线或X射线照射1520min擦除其全部内容后，重新写入。E2PROM包括的PROM、电信号擦除PROM和快闪存储器。,2、ROM的基本结构,二极管ROM,存储矩阵,位线,字线,输出控制电路,M=44,地址译码器,字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有二极管相当存1，无二极管相当存0,二极管ROM,行线,存储矩阵,列线,行线与列线的交点都是一个存储单元。交点处有MOS管相当存0，无MOS管相当存1。,3、二维译码,该存储器的容量=?,4、集成电路ROM,AT27C010,128K8位
5、ROM,5、ROM的读操作与时序图,（2）加入有效的片选信号 ；,（3）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；,（4）让片选信号 或输出使能信号 无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。,（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；,（1） 用于存储固定的专用程序。,（2） 利用ROM可实现查表或码制变换等功能。,（3）由于ROM是一种组合逻辑电路，因此可以用它来实现各种组合逻辑函数，特别是多输入、多输出的逻辑函数。,6、ROM的应用举例,利用ROM可实现查表或码制变换等功能,查表功能 查某个角度的三角函数,把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放
6、在该地址内的数据，这称为 “造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。,码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。,6、ROM的应用举例,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路,C=A4,I3 I2 I1 I0=A3A2A1A0,O3O2O1O0=D3D2D1D0,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路,利用ROM实现组合逻辑电路,6、ROM的应用举例,设计方法：列出其真值表或将表达式转换成最小项表达式；将ROM地址线作为输入，数据线作为输出，根据表达式接入存储器件。,例：用ROM实现以下多输出函数，并
7、画出其存储矩阵连接图。,4个输入变量和4个输出变量，可选用244位的ROM来实现该电路。,将函数变换成最小项表达式,画出ROM存储矩阵连接图,三、随机存取存储器,随机存取存储器RAM，又称为读写存储器。在工作过程中，既可从RAM的任意单元读出信息，又可以把外部信息写入任意单元。,SRAM的数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能保存，但其集成度受到限制。 SRAM速度非常快，但其价格较贵。 DRAM一般采用MOS管的栅极电容来存储信息，必须由刷新电路定期刷新。 SRAM集成度高，但速度比SRAM慢。,1、SRAM,读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。当读/写控制信号为高电平时，执行读操作
8、；当读/写控制信号为低电平时，执行写操作。,RAM 的工作模式,SRAM的存储单元,双稳态存储单元电路,来自列地址译码器的输出,来自行地址译码器的输出,T1、T2和T3、T4组成的基本SR锁存器，用以存储二值信息。T5、T6、T7和T8为门控管。当X、Y都为1时，门控管导通，此单元被选中，并与数据线接通，可以执行读/写操作。,静态存储单元存在的问题：1）是靠锁存器来存储数据的，功耗较大。2）由于每个单元要用多个管子，芯片的面积较大。为提高集成度、减小芯片尺寸、降低功耗，常利用MOS管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器，以构成动态MOS存储单元。,T,存储单元,写操作:X=1 =0,T导通，
9、电容器C与位线B连通,输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元,如果DI为1，则向电容器充电，C存1;反之电容器放电,C存0 。,2、DRAM,读操作:X=1 =1,T导通，电容器C与位线B连通,输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出。,每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。,T,2、DRAM,四、存储器容量的扩展,位扩展可以利用芯片的并联方式实现。,1、字长（位数）的扩展用4K4位的芯片组成4K16位的存储系统。,2、字数的扩展用8K8位的芯片组成32K8位的存储系统。,芯片数=4,系统地址线数=15,系统地址:A0 A14,A13 A14?,芯片地址:A0 A12,四、存储器容量的扩展,32K8位存储器系统的地址分配表,字数的扩展可以利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端来实现。,
