《数字电路与逻辑设计基础 项华珍第7章 半导体存储器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路与逻辑设计基础 项华珍第7章 半导体存储器（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 半导体存储器,本章要点,本章主要介绍存储器主要技术指标与存储器分类，并介绍了存储器的电路结构特点和工作原理。重点介绍存储器容量的扩展方法以及它的应用。,你知道吗？,半导体存储器就是能存储大量二值信息（或称作二值数据）的半导体器件。计算机中的硬盘、内存以及我们经常使用的U盘、MP3、MP4以及数字照相机的内存卡和手机的SD卡等等都是半导体存储器。它是属于大规模集成电路，由于计算机以及一些数字系统中要存储大量的数据，因此存储器已经成为是数字系统中不可缺少的组成部分。,7.1 概述,半导体存储器 ：用于储存大量二进制数据的半导体器件，它是由存储单元矩阵构成。,位（bit）：二进制中的一个数码
2、，它是半导体存储器中存储数据的最小单位。,字节（Byte）：8位（bit）二进制数。,半字节（nibble）：一个字节分为两组，4位为半个字节,字（word）：一个完整的信息单位，通常一个字包含一个或多个字节 。,半导体存储器由存储单元矩阵构成，每个存储单元中要么是0，要么是1，每个矩阵单元可以通过行和列的位置来确定 ，存储单元矩阵可以有几种不同的构成形式。,32个存储单元的半导体存储器,半导体存储器的重要指标：,1存储容量,指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储器中存储地址寄存器（MAR， Memory Address Register）的编址数与存储字位数的乘积表示，M位地址总线、N位数据
3、总线的半导体存储器芯片的存储容量为2MN位。,如，某存储器芯片的MAR为16位，存储字长为8位，则其存储容量为2168位 = 64K8位，64K即16位的编址数。,2存储速度,存储器的存储速度可以用两个时间参数表示 ：“存取时间”(Access Time) TA 和“存储周期”(Memory Cycle)TMC ，存储周期TMC略大于存取时间TA。,启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间,起动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔,半导体存储器的分类： 根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类： （1）只读存储器（ROM）。其内容只能读取数据，不能快速地随时地修改或重新写入数据。
4、 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。 （2）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能方便地读出所存数据，又能随时快速写入新的数据。RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。,7.2 半导体存储器的分类,（2） PROM：在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0(或为1)。只能写入一次。,ROM的分类（按照数据写入方式特点不同） （1）掩模ROM：在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据写入存储器中，一旦ROM制成，其存储的数据就固定不变，无法更改。,（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）：是可编程存
5、储器，其数据不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有较大的使用灵活性。它的数据的写入需要通用或专用的编程器，其擦除为紫外线照射擦除，为一次全部擦除。,（4）OTPROM 一次编程只读存储器（One Time Programmable Read Only Memory，OPTROM）的写入原理同EPROM，但是为了节省成本，编程写入之后就不再擦除，因此不设置透明窗。,（6）快闪存储器（Flash Memory）：是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入与EPROM相同，一般芯片可以擦除/写入100万次以上。,（5）电可擦除可编程ROM（E2PROM
6、）：是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。,ROM存储器的应用实例： BIOS芯片是存放微机基本输入输出程序的只读存贮器，其功能是微机的上电自检、开机引导、基本外设I/O和系统CMOS 设置。 586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失)，不能随便撕下。 586以后的ROM BIOS多采用E2PROM(电可擦写只
7、读ROM)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对E2PROM进行重写，方便地实现BIOS升级。,ROM存储器的应用实例 U盘是采用flash memory(也称闪存)存储技术的USB设备. USB （Universal Serial Bus）指“通用串行接口”，用第一个字母U命名，所以简称“U盘”。 最新的数码存储卡是一种不需要电来维持其内容的固态内存条，也就是闪存。闪存卡可以直接从数码相机上卸下来，然后可以通过读卡器连接到计算机上读出卡内的数据。闪存可以用来存储任何一种计算机数据，而不光是存储数字相片。,RAM存储器的分类： 根据结构和使用功能的不同，RAM存储器分为静态存储器（Sta
8、tic Random Access Memory，简称SRAM）和动态存储器（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM）两种。 SRAM的特点是数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能永久保存 。但SRAM存储单元所用的管子数量多，功耗大，集成度受到限制，为了克服这些缺点，则产生了DRAM。它的集成度要比SRAM高得多，缺点是速度不如SRAM快。,RAM存储器的应用实例： SRAM不需要频繁刷新，成本比DRAM高，主要用在CPU集成的缓存（cache）上。 DRAM是目前大容量RAM的主流产品 例如电脑中的内存条： 现在普遍使用的PC机内存即是SDRAM（同步动态R
9、AM），它在运行过程当中需要按一定频率进行充电（刷新）以维持信息。DDR内存、DDR2内存都属于DRAM。,7.3 存储器工作原理,半导体存储器基本结构： 电路结构包含存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器三个部分,二极管固定ROM举例,（1）电路组成：,由二极管与门和 或门构成。 与门阵列组成 译码器，或门 阵列构成存储 阵列。,（2）输出信号表达式,与门阵列输出表达式：,或门阵列输出表达式：,（3）ROM存储内容的真值表,与门阵列输出表达式：,或门阵列输出表达式：,存储器的容量：存储器的容量=字数（m）字长（n）,7.4存储器的扩展,当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的需求时，则需要
10、将若干片ROM或RAM组合起来，构成更大容量的存储器。存储容量的扩展方式有：位扩展方式、字扩展方式及复合扩展。,7.4.1 位扩展,通常RAM芯片的字长多设计成1位、4位、8位等，当实际的存储器系统的字长超过RAM芯片的字长时，需要对RAM实行位扩展。,所需的芯片数量为（10248）/（10244）=2片，地址总线为10根，数据总线为8根。,【1 】 把10244的RAM扩展为10248的 RAM。,解：,连线图,【2 】 把10241的RAM芯片扩展成10248的RAM。,解：,所需的芯片数量为（10248）/（10241）= 8片，地址总线为10根，数据总线为8根 。,连线图,7.4.2
11、字扩展,若每一片存储器(ROM或RAM）的数据位数够而字数不够时，则需要采用字扩展方式，以扩大整个存储器的字数，得到字数更多的存储器，字数的扩展可以利用外加译码器控制芯片的片选输入端来实现。,【例3】将1K4的RAM芯片扩展为2K4的存储器系统。,所需的芯片数量为（2K4）/（1K4）= 2片，地址总线为11根，数据总线为4根。,解：,连线图,第一片的存储容量为1K4，地址范围是,第二片的存储容量为1K4，地址范围是,【例4 】 用648位的RAM接成一个2568位,解：,所需的芯片数量为（2568）/（648）= 4片，地址总线为10根，数据总线为8根。,连线图,7.4.3 复合扩展,如果一
12、片RAM或ROM的位数和字数都不够，就需要同时采用位扩展和字扩展方法，用多片组成一个大的存储器系统，以满足对存储容量的要求。,【例5】 将1K4的RAM扩展为4K8的存储器系统。,所需的芯片数量为（4K8）/（1K4）= 8片，地址总线为12根，数据总线为8根。,解：,【例5】 将1K4的RAM扩展为4K8的存储器系统。,连线图,7.5 存储器的应用,AT24Cxx系列EEPROM是由美国Mcrochip公司出品，1-512K位的支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS EEPROM，可用电擦除的存储芯片。,(1) 存储芯片与单片机联合应用,AT24C02使用时，只需要把SDA和SCL两个管脚
13、接到单片机普通的I/O口上。 值得注意的是SDA和SCL两个管脚一定要接上拉电阻，连接电路图如图所示。,Intel2716是一种2K8的EPROM存储器芯片，存储阵列由2K8个带有浮动栅的MOS管构成，共可保存2K8位二进制信息。 其它的典型芯片有Intel2732/2764/27128/27512等。,(2)存储芯片与A/D或D/A芯片配合应用,各引脚的功能如下： 1.A10A0：地址信号输入引脚，可寻址芯片的2K个存储单元； 2.O7-O0： 双向数据信号输入输出引脚；,3. ：片选信号输入引脚，低电平有效，只有当该引脚为低电平时，才能对相应的芯片进行操作；,4. ：数据输出允许控制信号引脚，输入，低电平有效，用以允许数据输出； 5.VCC：+5v电源，工作电源。 6.VPP：+25v电源，编程电源。 7.GND：地。,用EPROM Intel 2716与D/A芯片配合实现的信号发生器，产生各种复杂的电压波形，例如三角波、正弦波等。,
