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1、概 述,第 9 章 半导体存储器,本章小结,随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),9.1 概 述,主要要求：,了解半导体存储器的作用、类型与特点。,例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在 ROM 中的。计算机接通电源后，首先运行它，对计算机硬件系统进行自检和初始化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常工作。,二、半导体存储器的类型与特点,RAM 既能读出信息又能写入信息。它用于存放需经常改变的信息，断电后其数据将丢失。常用于存放临时性数据或中间结果。,例如 计算机内存就是 RAM,ROM 在工作时只能读出信息而不能写入信息。它用于存放固定不变的信息，断电后其数据不会丢失。常
2、用于存放程序、常数、表格等。,一、半导体存储器的作用,存放二值数据,二、半导体存储器的类型与特点,RAM由译码器、存储器和读/写控制电路等组成，是 一种大规模时序逻辑电路。,ROM 由与阵列、或阵列和输入、输出缓冲级等电路构成，是一种大规模组合逻辑电路。,一、半导体存储器的作用,存放二值数据,主要要求：,了解 ROM 的类型和结构，掌握其工作原理及特点。,了解集成EPROM的使用。,理解字、位、存储容量等概念。,9.2 只读存储器,按数据写入方式不同分,一、ROM 的类型及其特点,写入的数据可电擦除，用户可以多次改写存储的数据。使用方便。,其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品
3、。,其存储数据由用户写入。但只能写一次。,写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。,二、ROM 的电路结构,1. 电路组成,三、固定ROM 的工作原理,（一） 二极管 ROM,1. 电路组成,W3 W0 中任一个输出高电平时，则在 D3 D0 4 条线上输出一组 4 位二进制代码，每组代码表示一个字。,（一） 二极管 ROM,2. 读数,可见：(1) 交叉处接有二极管的相当于存储1，没有接二极管的相当于存储 0。(2) 当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线D3 D0 输出。,（一） 二极管 ROM,交叉点的数目，即存储器中存储单元的数量，称为存储容量。,存储矩阵可简化表示为,
4、存储容量 字数 位数,用“M”表示“1024 K”， 1 M = 1024 K = 210 K = 220 。,对于大容量的 ROM 常用“K”表示“1024”，即 1 K = 1024 = 210 ；,例如，一个 64 K 8 的 ROM，表示它有 64 K 个字， 字长为 8 位，存储容量是 64 K 8 = 512 K。,例如，一个 32 8 的 ROM，表示它有 32 个字， 字长为 8 位，存储容量是 32 8 = 256。,（二）TTL-ROM 结构图,（三）MOS-ROM 结构图,PROM 出厂时，全部熔丝都连通，全部存储单元相当于存储 1。用户在编程时，可根据要求，借助编程工具
5、将需要存储0单元的熔丝烧断即可。,熔丝烧断后不可恢复，故 PROM 只能进行一次性编程。,四、可编程只读存储器( PROM ),用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。,EPROM 只能整体擦除，擦除时间较长。,E2PROM 中的存储单元可逐个擦除逐个改写，它的编程和擦除都用电信号完成，速度比 EPROM 快得多。,五、可擦除可编程只读存储器( EPROM ),EPROM集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免破坏芯片内信息。,六、集成 EPROM 介绍,27 系列 EPROM 是最常用的 EPROM，型号从 2716、2732、2764 一
6、直到 27C040。存储容量分别为 2K 8、4K 8一直到 512K 8。下面以 Intel 2716 为例，介绍其功能及使用方法。,(一) 2716的基本结构和引脚图,存储容量为 211=10242 =2K 字 , 16Kbit,A10 A0 为地址码输入端。,D7 D0 为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。,VCC 和 GND：+5 V 工作电源和地。,VPP 为编程高电平输入端。编程时加 +25 V 电压，工作时加 +5 V 电压。,(二) 引脚功能,下面将根据二极管 ROM 的 结构图加以说明 (已编程二极管 PROM 的 结构与之同理) ：,七、用 PROM 实现
7、组合逻辑函数,1. 为什么用 PROM 能实现组合逻辑函数？,地址译码器能译出地址码的全部最小项 图中 当 A1 A0 = 11 时，只有 W3 =1 ，而 W0、W1、W2 = 0， 即译出最小项 m3 ； 当 A1 A0 = 10 时，只有 W2 =1 ，而 W0、W1、W3 = 0， 即译出最小项 m2 ； 其余类推。,为了便于用 PROM 实现组合逻辑函数，首先需要理解 PROM 结构的习惯画法。,2. PROM 结构的习惯画法,3. 怎样用 PROM 实现组合逻辑函数？,例 试用 PROM 实现下列逻辑函数,(2) 确定存储单元内容,由函数 Y1、Y2 的标准与 - 或式知： 与 Y
8、1 相应的存储单元中，字线 W1、W4、W5、W6 对应的存储单元应为 1；,对应 m1、m4、m5、m6,与 Y2 相应的存储单元中，字线 W3、W5、W6、W7 对应的存储单元应为 1。,(3) 画出用 PROM 实现的逻辑图,主要要求：,了解RAM 的类型、结构，掌握其工作原理。,了解集成 RAM 的使用。,了解 RAM 和 ROM 的异同。,9.3 随机存取存储器,理解 RAM 的扩展方法。,一、RAM 的结构、类型和工作原理,RAM 的原理结构图,RAM 的读写控制电路,RAM 分类,DRAM 存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较 慢，且需要刷新及读出放
9、大器等外围电路。,DRAM 的存储单元是利用 MOS 管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。,SRAM 存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。,二、 RAM 中的存储单元,(一)静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元,1. 电路组成,1. 电路组成,(一)静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元,2. 工作原理,读操作： 在X=1、Y=1时，V5、V6和V7、V8都导通，触发器和位线接通，数据线和位线也接通，这时，触发器中存储的数据通过数据线读出。,(一)静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元,2
10、. 工作原理,(一)静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元,（二）动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元,静态 RAM 存储单元的主要缺点是静态功耗 大，使集成度受到限制，采用动态 MOS RAM 可克服这个缺点。动态 RAM 存储单元是利用 MOS 管栅极与源极之间的高阻抗及栅极电容来 存储信息的。由于电容存在漏电，栅极电容上 存储的信息不可能长期保存，为了防止信息丢 失，必须定时给电容补充电荷。,（二）动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元,（二）动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元,三、集成 RAM 2114A介绍,A0 A9 为地址码输入端。,4 个 I/O 脚为双向数据线，
11、用于读出或写入数据。,VDD 接 +5 V。,信号与 TTL 电平兼容。,四、RAM 的扩展,(一) RAM的位扩展,(二) RAM的字扩展,如字数和位数都不够用，则可将字数和位数同时进行扩展，便组成了大容量的存储器。,半导体存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可存储一位二进制数 。根据存取功能的不同，半导体存储器分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的存储单元结构不同。ROM 属于大规模组合逻辑电路，RAM 属于大规模时序逻辑电路。,本 章 小 结,ROM 用于存放固定不变的数据，存储内容不能随意改写。工作时，只能根据地址码读出数据。断电后其数据不会丢失。ROM有固定 R
12、OM(又称掩膜 ROM) 和可编程 ROM之分。固定 ROM 由制造商在制造芯片时，用掩膜技术向芯片写入数据，而可编程 ROM 则由用户向芯片写入数据。可编程 ROM 又分为一次可编程的 PROM 和可重复改写、重复编程的 EPROM 和 E2PROM。EPROM 为电写入紫外擦除型，E2PROM 为电写入电擦除型，后者比前者快捷方便。可编程 ROM 都要用专用的编程器对芯片进行编程。,RAM 由存储矩阵、译码器和读/写控制电路组成。它可以读出数据或改写存储的数据，其读、写数据的速度很快。因此，RAM 多用于需要经常更换数据的场合，最典型的应用就是计算机中的内存。但是， RAM 断电后数据将丢失。,RAM 可位扩展或字扩展，也可位、字同时扩展。通过扩展，可由多片小容量的 RAM 构成大容量的存储器。,RAM 有静态 RAM和动态 RAM 之分。静态 RAM(即SRAM)的存储单元为触发器，工作时不需刷新，但存储容量较小。动态 RAM(即 DRAM)的存储单元是利用 MOS 管具有极高的输入电阻( 1010 )、在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的，由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性的对存储数据进行刷新。,
