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1、10:33,电子信息工程学院,1,数字系统 设计基础,姚 远,10:33,电子信息工程学院,2,第七章 半导体存储器,7.0 概述,半导体存储器是一种能够存储大量二值信息的半导体器件。,按照功能存储器分为： 只读存储器 ROM 随机存取存储器 RAM,按照制造工艺存储器分为： 双极型 MOS型,10:33,电子信息工程学院,3,ROMRead Only Memory (掩膜ROM) PROM-Programmable ROM (可编程ROM) EPROM-Erasable PROM (可擦除可编程ROM) E2PROMElectriclly Erasable PROM (电可擦除可编程ROM)
2、,静态RAM（SRAMStatic Random Access Memory） 动态RAM（DRAM-Dynamic Random Access Memory ）,Flash Memory,只读存储器：,随机存取存储器RAM,10:33,电子信息工程学院,4,7.1 随机访问存储器RAM-,RAM可以随时从任一指定地址取出（读出）数据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单元中去。 优点：读写方便，使用灵活。 缺点：一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数据长期保存,按存储单元的特性分为： SRAM：静态随机存储器 DRAM：动态随机存储器,10:33,电子信息工程学院,5,7.1.1
3、 静态RAM-SRAM,1。SRAM的结构和工作原理,10:33,电子信息工程学院,6,地址译码器：将输入的地址代码译成某一条字线的输出信号使连接在这条字线上的存储单元或读/写控制电路接通，然后才能对这些单元进行读或写。,存储矩阵：在译码器和读/写控制电路的控制下既可以写入1或0，又 可以将所存储的数据读出。存储矩阵中的单元个数即存储容量。,读/写控制电路：对电路的工作状态进行控制 片选输入端CS，读/写控制，输出缓冲电路。,10:33,电子信息工程学院,7,1024-4位RAM（2114）结构框图,2,3,1,0,10:33,电子信息工程学院,8,2。SRAM的静态存储单元,六管NMOS存储
4、单元,10:33,电子信息工程学院,9,T1-T4组成基本RS触发器，T5T6是门控管，Xi=1时， T5T6导通。 T7T8是列存储单元的公用的门控管，它的状态由列地址译码器Tj决定。,六管COMS存储单元,10:33,电子信息工程学院,10,7.1.2动态RAM-DRAM,四管DRAM,10:33,电子信息工程学院,11,三管DRAM动态存储单元,10:33,电子信息工程学院,12,单管DRAM动态存储单元,在读出数据过程中，相当于进行了一次刷新。,10:33,电子信息工程学院,13,在上图中，数据以电荷的形式存储在T1T2的两个栅极电容上，T5T6构成了对位线的预充电电路，它们为每一列存
5、储单元所公用。T5T6导通，电容CB和CB充电。这时当字线X和位线Y同时为高电平，存储单元中的数据被读出。,这里，对位线的预充电很重要，在读出数据过程中，不会使MOS管的栅极电荷减少，反而会增加栅极的电量，相当于进行了一次刷新。,10:33,电子信息工程学院,14,7.1.3 存储器存储容量的扩展,当用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的要求时，就要将若干ROM或RAM连接起来，形成一个存储容量更大的存储器。,1. 位扩展: AB,CB并联 ,DB并立 扩展,2. 字扩展:DB并联,选通扩展AB高位选片、低位选单元。,10:33,电子信息工程学院,15,1. 位扩展,例：用8片 位的RA
6、M接成一个 位的RAM。,10:33,电子信息工程学院,16,2. 字扩展,例：用4片 位的RAM构成一个 位的RAM。,10:33,电子信息工程学院,17,10:33,电子信息工程学院,18,7.2只读存储器 ROMRead Only Memory,8.2.1掩膜(固定)只读存储器ROM,ROM电路包含： 地址译码器、存储矩阵、输出 缓冲器,10:33,电子信息工程学院,19,存储矩阵由若干存储单元组成，每个存储单元存储一位或一组数据，每个或每组存储单元对应一个地址代码；,地址译码器是将输入的地址代码翻译成相应的控制信号利用这个控制信号从存储矩阵中选出相应的存储单元；,输出缓冲极作用有两个，
7、一个是提高负载能力，另一个是实现输出的三态控制。,10:33,电子信息工程学院,20,NMOS-ROM,44 ROM,10:33,电子信息工程学院,21,10:33,电子信息工程学院,22,ROM的阵列图,A1,A0,地址译码器,10:33,电子信息工程学院,23,VDD,2,4,A0,A1,EN,D3,D2,D1,0,10:33,电子信息工程学院,24,7.2.2可编程只读存储器（PROM） 常用符号,互补输出 的缓冲器,三态输出 的缓冲器,10:33,电子信息工程学院,25,PROM阵列图,A1,A0,D3,D2,D1,D0,与固定,或编程,10:33,电子信息工程学院,26,PROM：所
8、有的存储单元均可根据需要改写一次, 存入数据（编程）的方法：熔断法，PN结击穿法,熔丝型PROM存储单元,10:33,电子信息工程学院,27,PROM原理图,10:33,电子信息工程学院,28,7.2.3 可擦除可编程只读存储器（EPROM）,EPROM：可根据需要改写多次，将存储器原有的信息抹去，再写入新的信息，允许改写几百次 方法：利用雪崩击穿，采用特殊的雪崩注入MOS管或叠栅注入MOS管 擦除方式：紫外线照射 特点：擦除操作复杂，速度慢，正常工作时不能随意改写,10:33,电子信息工程学院,29,FAMOS管结构和符号,FAMOS管存储单元,10:33,电子信息工程学院,30,使用FAM
9、OS的256-1位EPROM,10:33,电子信息工程学院,31,FAMOS存储单元面积大，发生雪崩击穿的电压高，开关速度慢，因此目前多用叠栅注入MOS管-SIMOS管。,SIMOS管结构和符号,10:33,电子信息工程学院,32,7.2.4 E2PROM： 擦除方式：加电 特点：擦除操作简单，速度快，允许改写10010000次,10:33,电子信息工程学院,33,方法：采用特殊的单管叠栅MOS管， 用雪崩注入写入，用隧道效应擦除, 擦除方法：加电 特点：擦除操作简单，集成度高，容量大,7.2.5 Flash Memory: 快闪存储器,10:33,电子信息工程学院,34,7.2.5 用只读存储器实现,任意组合逻辑函数,10:33,电子信息工程学院,35,例1：试用ROM产生如下一组多输出逻辑函数,解：,将其化为最小项和的形式,10:33,电子信息工程学院,36,取4位地址输入，4位数据输出的 位ROM,10:33,电子信息工程学院,37,ROM的点阵图,10:33,电子信息工程学院,38,例2：用ROM设计一个八段字符显示的译码器,真值表,10:33,电子信息工程学院,39,10:33,电子信息工程学院,40,本 章 结 束,10:33,电子信息工程学院,41,
