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1、,烟台汽车工程职业学院,烟台汽车工程职业学院,RAM、ROM,可编程器件及其应用,半导体存储器概述,只读存储器ROM,RAM的基本结构和工作原理,一、半导体存储器概述,半导体存储器具有集成度高、体积小、可靠性高、价格低、外围电路简单、易于接口和便于批量生产等特点。半导体存储器主要用于电子计算机和某些数字系统中，用来存放程序和数据，是数字系统中不可缺少的组成部分。,2、存储单元和存储矩阵,3、存储容量和地址,1、分类,随机存储器（简称RAM）,只读存储器（简称ROM）,用于存放一些临时性的数据和中间结果，这种存储器掉电后数据将全部丢失，如计算机的内存,用于存放永久性、不变的数据，掉电后数据不丢失
2、。如计算机自检程序、初始化程序,1、分类,根据用途不同,1、分类：,根据制造工艺不同,分为双极型和MOS型。,以TTL型集成触发器为基本存储单元，具有工作速度快，功耗较大等特点，主要用于要求工作速度较高的场合。如计算机中高速缓冲存储器,以CMOS型集成触发器为基本存储单元，具有集成度高，功耗小，制造工艺简单等特点，主要用于大容量存储系统中。如计算机中的主存储器,2、存储单元和存储矩阵,半导体存储器的最小记忆单位是存储单元,在半导体存储器芯片中，把这些存储单元按照一定规则排列成存储矩阵,每个存储单元能够存储一位二进制数0或1,3、存储容量和地址,按常规，最小的二进制单位是位,在使用中经常把8位二
3、进制数称为一个字节，把两个字节称为一个字,存储器能存储二进制数的总的位数称为存储容量，即存储器中存储单元的个数,4、读/写周期,连续两次独立的存储器读（或写）操作所需间隔的最短时间，称为读/写周期。,二、 RAM的基本结构和工作原理,优点：,读写方便，使用灵活,缺点：,掉电后存于RAM中的信息会丢失，它是易失性存储器,（一）RAM的结构,（二）RAM的原理,（三）RAM的存储单元,（一）RAM的结构,由存储矩阵、地址译码器和读/写电路组成,图29-1,1、存储矩阵,由存储单元排列而成，每个存储单元可以存储一位二进制数据，在译码和读写控制电路的作用下，数据既可写入又可读出,2、地址译码器,分为行
4、地址译码和列地址译码两部分。行地址译码器的输出线称为行选线，又称字线；列地址译码器的输出线称为列选线，又称位线,地址译码器根据外部输入的地址，惟一地找到存储矩阵中相应的存储单元，行地址译码器的输出线中有一条为有效电平，选中一行存储单元，同时，列地址译码器的输出线中有一条为有效电平，选中一列存储单元，行选线和列选线交叉点处的存储单元便被选中,3、读写电路 ：,对大容量的存储系统，需要用多片RAM组成，在进行读/写操作时，只对其中被选中的一片进行数据存取，其余未被选中的各片，其输入/输出端为高阻态，不能与外部交换数据。,读/写电路用于对电路的工作状态进行控制。,（二）RAM的原理,如图29-1所示
5、。地址线共有15条，为A0A14。 其中，A0A7用于行译码，产生28=256条行选线，用X表示，又称为字线； A8A14用于列译码，产生27=128条列选线，用Y表示，又称为位线。 给定地址码后，当该片选信号 0时， 行选线中一条为高电平，列选线中也有一条为高电平，同为高电平的行选线和列选线交叉处的存储单元被选中，处于工作状态。 若此时R/ =1，则执行读操作；若R/ =0，则执行写操作。当 1时，不能对该片RAM进行读写操作，它的输入/输出端均为高阻态。,一个RAM有三组信号线：,包括片选信号线和读写控制线。片选信号 控制RAM芯片是否被选中； 读写信号R/控制传送读（写）命令，即读时不写
6、，写时不读。,地址总线是单向的，它传送地址码，以便按地址访问存储单元,数据总线是双向的，它将数据送入存储矩阵或从存储矩阵读出,（三）RAM的存储单元,静态随机存取存储器（SRAM）存储单元电路,（1）存储单元,存储单元由VF1VF6组成。两个稳定状态，分别存储数据1和0。,（2）列选择线Y和读写控制电路,图中VF1、 VF2和VF3、 VF4 两个反相器交叉耦合构成基本RS触发器。VF5、 VF6为受列选择线X控制的开关管，控制RS触发器输出端Q、 与数据线B、 的接通。当行选线X和列选线Y均为高电平时，VF5、 VF6和VF7、VF8管均导通，该存储单元被选中，触发器的状态可以通过数据线送到
7、D和 ，称出读出；同理，在读写控制信号的作用下，D和 的数据也可以通过同样的方法写入。,（3）当存储单元电源UDD掉电后,则触发器Q的状态信息不能保留而消失，再次通电后，Q状态不定，需重新写入新的信息。,（4）静态存储单元的优点是使用方便，不需定期刷新。缺点是其中管子数目较多，不利于提高集成度。,2、动态随机存取存储器 (DRAM)的存储单元电路,动态存储单元是由MOS管的栅极电容C和门控管组成的。数据以电荷的形式存储在栅极电容上，电容上的电压高表示存储数据1；电容没有储存电荷，电压为0，表明存储数据0。因存在漏电，使电容存储的信息不能长久保持，为防止信息丢失，就必须定时地给电容补充电荷，这种
8、操作称为“刷新”，由于要不断地刷新，所以称为动态存储。,包括4管MOS动态存储单元电路和单管MOS动态存储单元等,（2）动态存储单元的优点是元件少，功耗低，适合于构成大容量存储器，缺点是需要进行周期性刷新,单管DRAM的动态存储单元,三、只读存储器ROM,只读存储器是一种非易失性的存储器，把需要长期保存的程序、数据等信息固定于这种存储器中，即使切断电源也能保存所储存的数据。在正常工作时，只能读取存储在其中的数据，而不能更改其内容，故称为只读存储器。,ROM的分类,固定ROM的结构和工作原理,根据是否可以写入，以及写入方式不同，ROM分为四类：,闪存ROM,一次可编程ROM（PROM）,紫外线可
9、擦除ROM（EPROM）,电可擦除ROM（E2PROM）,掩模ROM,一、ROM的分类,掩模ROM,又叫固定ROM，采用掩模工艺制造，制造时就将数据固定写入，出厂后其存储的数据不能再改变，只能进行读操作。,特点：,可靠性高，集成度高，但不能改写。该类电路仅适用于大批量且数据固定的情况，如一些点阵打印机的点阵字库。,一次可编程ROM（PROM）,采用熔丝编程工艺，PROM在产品出厂时所有存储单元均置成全0或全1，用户根据需要可自行将某些存储单元改为1或0。,特点：,只能进行一次性改写，一旦编程完毕，其内容便是永久性的。其可靠性差，目前较少使用。,紫外线可擦除ROM（EPROM）,其正中间有一个玻
10、璃窗口，该窗口可让紫外线通过，在紫外线的照射下1020min芯片内部的数据将全部被擦除，这时可以再通过编程的方法写入数据。,电可擦除ROM（E2PROM）,采用E2CMOS编程工艺，可以在加电情况下，擦除存储器的全部或部分内容，然后在电路上直接改写其擦除过的单元内容。,特点：,不但可以多次擦除，而且擦除时间短，编程简单，存取速度快，功耗低，因此得到广泛使用,闪存ROM,具有E2PROM的特点，密度高，容量大，体积小，价格低，既可写入也可擦除数据，是一种全新的存储结构。,二、固定ROM的结构和工作原理,地,址,译,码,器,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A
11、,0,R,R,R,R,D,0,D,1,D,2,D,3,W,0,W,1,W,2,W,3,二极管ROM结构图,它由一个二线四线地址译码器和一个44的二极管存储矩阵组成,存储矩阵由二极管或门组成，其输出为D0D3,A1A0为输入的地址码，可产生W0W3共 4个不同的地址,W0W3称为字线，用以选择存储的内容,D0D3称作位线,在W0W3中，任一输出为高电平时，在D0D3 这4根线上输出一组4位二进制代码，每组代码称作一个字,读数,当地址码为A1A0为00时，只有字线W0为高电平，其他字线均为低电平，故只有与字线W0相连接的3个二极管导通,此时，输出D3D2D1D01011；同理可知当A1A0为01、10、11时，分别选中字线W1、W2、W3，输出D3D2D1D0依次为1100、0101、1010,ROM的点阵结构,二极管译码器和存储矩阵可用下图所示的ROM的点阵结构来表示。,地址译码器的每一个输出端对应于一个最小项，译码器完成将输入信号进行与运算的工作，存储矩阵电路可以实现对最小项的或运算，因此译码器称为与阵列，存储矩阵称为或阵列。ROM编程时与阵列（地址译码器）不能编程，只能对或阵列（存储矩阵）编程。,作业：,1、第9章自我检查题：题9.1： 1， 2， 3， 题9.2： 1， 2 2、第9章思考题与习题：题9.1： 1， 2， 题9.2： 1， 2,
