第16章 半导体存储器,本章要点,本章主要介绍只读存储器ROM和随机存取存储器RAM的结构组成、功能特点、应用场合、容量扩展及应用，重点是存储器容量的扩展及将ROM作为组合逻辑函数发生器当今数字系统的应用日益广泛，数字数据的存储和处理是数字系统的基本功能，因而能存储大量二进制数据的半导体器件是数字系统必不可少的部件之一你知道吗？,存储量和存取速度作为衡量存储器性能的两个重要指标半导体存储器具有存储密度高、速度快、功耗低、体积小、使用方便等优点，故其发展迅速、应用普遍目前动态存储器的容量已达109位/片，一些高速存储器的存取时间仅10ns左右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，因此存储器是数字系统中不可缺少的组成部半导体存储器从工艺上可分为双极型和MOS型两大类MOS型电路（尤其是CMOS电路）具有功耗低、集成度高的优点，所以目前大容量的存储器几乎都采用MOS工艺制成半导体存储器的种类很多，从存取的功能上分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类ROM的特点是在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速随时修改或重新写入数据。
其电路结构简单，而且断电后数据也不会丢失缺点是只能用于存储一些固定数据的场合ROM可分为掩模ROM、可编程ROM（简称PROM）和可改写ROM（简称EPROM）16.1 只读存储器(ROM),不管是哪种ROM，它们在总体结构、工作原理和使用方法上基本相同所有的ROM电路结构都包含地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三个组成部分，如下图所示1） 存储矩阵是由许多存储单元排列而成存储单元可以是二极管、双极型三极管或MOS管，每个单元能存放1位二值代码（0或1)，而每一个或一组存储单元有一个相应的地址代码2）地址译码器是将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出，并把其中的数据送到输出缓冲器3）输出缓冲器的作用提高存储器的带负载能力，另外是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线相联1. 二极管掩膜ROM,16.1.1 掩模只读存储器,掩膜ROM内部所存储的信息是由生产厂家制造时，采用掩膜工艺予以固定的根据存储单元的不同，可分为二极管、双极性三极管和 MOS管掩膜ROM每个字线与位线的交叉点都是一个存储单元交叉点接有二极管相当于存有1，不接二极管相当于存有0，交叉点的数目也就是存储单元的数目，也即存储容量的大小。
存储容量＝字数×位数,右图的存储容量：,2位地址，字线4根,位线4根,2. MOS管掩膜ROM,将地址输入端分为两组，分为行地址译码器和列地址译码，这样可大大减少地址线的数目行、列地址线各32根，存储点阵为32*32＝1024，每个 点阵上可以接一个MOS管（相当于1）或者不接MOS管（相当于0）在研制新产品或小批量产品的生产过程中，将数据固化做成掩膜 既不经济又浪费时间为此，希望能使用一种可以由用户根据需要自行写入数据的 可编程只读存储器（ PROM）就是这样的一种存储器PROM可由用户根据自己的需要将信息代码写入存储单元内但数据一旦写入，就不能再更改，只能读出 PROM的总体结构和掩膜 没有差别，但在出厂时已在存储矩阵的每个交点上制作了存储单元，即全部存入了1存储单元由三极管和串联在发射极的快速熔断丝组成，实际上是用三极管的发射结代替存储矩阵中的二极管在写入数据时，只要将应写入0的存储单元的熔断丝烧断（即相当于没有接存储元件）就可以了为此，必须在短时间内给这些存储单元的熔断丝通以足够大的电流16.1.2可编程ROM,可擦除可编程的只读存储器也是由用户将自己所需要的信息代码写入存储单元内。
与 PROM不同的是，它可以重新改写信息在改写之前，需用紫外线或用电擦除原先存入的信息用紫外线擦除的简称为EPROM，用电擦除的简称为E2PROM EPROM是用一种特殊的叠栅ROM制成16.1.3可改写的ROPM,,常用的EPROM有2716（2K×8），2732（4K×8），2764（8K×8）其型号的后几位表示存储容量1．作函数运算表,如果把函数自变量的不同取值作为ROM的不同地址，把每种取值所对应的函数值存入ROM对应地址的存储单元，则ROM就成了一个函数表16.1.4 ROPM的应用,,表16-2表示两个两位二进制M（m1,m0）和N(n1,n0) 相乘的数据表2．产生组合逻辑函数,观察一下ROM的数据表就可发现，若将输入地址视为一组逻辑变量，那么每个数据输出端都将对应一个输入逻辑变量的组合逻辑函数在图16-2讲过的一个 4×4位ROM，从它的数据表（表16-1）可以看出，若把 A1、A0看作两个输入逻辑变量，则四个输出数据端 便是D3D2D1D0 的四个组合逻辑函数其关系为：,,,,,,,由于任何组合逻辑函数都可以写成最小项之和的形式，因此任何组合逻辑函数都可以通过向ROM中写入相应的数据来实现。
用具有n位输入地址、m位数据输出的ROM可以获得不大于m个任何形式的n变量组合逻辑函数例16-1 试用ROM产生下列一组组合逻辑函数,,,,,由于要实现的是4个逻辑函数，且逻辑函数为3变量的，所以g至少需要3位地址输入和4位数据输出，故选8×4的ROM实现解：首先将所给的逻辑函数展成最小项之和的形式其数据表和连线图如下所示在上节介绍的各类只读存储器中，数据一旦存入就不会丢失，但也不能在工作时随时改变RAM 与 ROM不同，不仅可以随时读出数据，而且可以随时 写入数据因此，它的读写非常方便，使用更加灵活但 它的数据在失去电源后将会丢失，一般用来存储数据处理过程中的中间结果此外，与 ROM相比， RAM的电路复杂，集成度低，成本高16.2.1 RAM的分类,根据存储单元的工作原理不同，可将随机存取存储器分为动静存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）两类16.2 随机存取存储器RAM,静态存储器SRAM的存储单元是以双稳态触发器为基础构成的，在供电电源维持不变的情况下，信息不会丢失它不需要刷新、存取速度快；但电路复杂、集成度低一般用作高速缓存2. DRAM,动态存储器DRAM的存储单元是以MOS管栅极电容为基础的，所以电路简单、集成度高。
但电容中电荷由于漏电会逐渐丢失，所以需要定时刷新，存取速度较低1. SRAM,RAM的结构由存储矩阵、地址译码器和读写控制电路三部分组成，下面以静态存储器 为例，说明电路各部分的关系与工作原理16.2.2 RAM的结构,,10根地址线分为两组：6根为行地址输入线译出64根行地址输出线，4根列地址输入线译出16根列地址线4根位线，组成了64*16*4的存储矩阵图中的每个交点为一个存储单元，由一个六管存储单元构成当A9A2A1A0＝0001、A8~A3＝111110时，Y1＝1、X62＝1，可对Y1、X62交汇处的四位D3D2D1D0进行读写操作由于一片存储器的容量有限，所以在字数不够或每个字的位数不够时，需要将若干个存储器芯片组合到一起，接成容量更大的存储体16.3 存储器容量的扩展,,若每一片存储器的字数够而位数不够时，应采用位扩展方式，以扩大每个字的位数位扩展的连接方式很简单，只需将各片的地址输入端、读写控制端、片选端并连起来即可16.3.1位扩展方式,,下图是由两片2114（1024×4位）扩展成1024×8位的RAM电路连线图16.3.2 字扩展方式,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。
图16－11为用4片2114（1024×4位）的RAM接成一个4096×4位的RAM接线图一片2114只有10位地址输入线A9-A0，接成4096个字的存储体需要12根地址线 A11-A0，用A11、A10通过2—4译码器译出4个信号，分别控制4个芯片的轮流选通如果既要字数扩展又要位数扩展，将上述两种方式结合起来即可。