七章半导体存储器

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1、第七章第七章 半导体存储器半导体存储器存储器存储器用以存储二进制信息的器件用以存储二进制信息的器件。半导体存储器的分类：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：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：（1）随随机机存存取取存存储储器器（RAM）也也叫叫做做读读/写写存存储储器器。既既能能方方便便地地读读出出所所存存数数据据，又又能能随随时时写写入入新新的的数数据据。RAM的的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。（2）只只读读存存储储器器（ROM）。其其内内容容只只能能读读出出不不能能写写入入。 存储的数

2、据不会因断电而消失，即具有非易失性。存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。存储器的容量：存储器的容量存储器的容量：存储器的容量=字长（字长（n）字数（字数（m）一一 RAM的基本结构的基本结构 由由存存储储矩矩阵阵、地地址址译译码码器器、读读写写控控制制器器、输输入入/输输出出控控制制、片选控制等几部分组成。片选控制等几部分组成。7.1 随机存取存储器随机存取存储器（RAM） 1. 存储矩阵存储矩阵图图中中，1024个个字字排排列列成成3232的的矩矩阵。阵。为为了了存存取取方方便便，给给它们编上号。它们编上号。32行行编编号号为为X0、X1、X31，32列列编编号号为为Y0、Y1、Y3

3、1。这这样样每每一一个个存存储储单单元元都都有有了了一一个个固固定定的的编编号号，称称为为地址。地址。 2地地址址译译码码器器将将寄寄存存器器地地址址所所对对应应的的二二进进制制数数译译成成有有效效的的行行选选信信号号和和列列选选信信号号，从而选中该存储单元。，从而选中该存储单元。 采用双译码结构。采用双译码结构。 行行地地址址译译码码器器：5输输入入32输输出出，输输入入为为A0、A1 、A4， 输出为输出为X0、X1、X31； 列列地地址址译译码码器器：5输输入入32输输出出，输输入入为为A5、A6 、A9，输出为输出为Y0、Y1、Y31， 这样共有这样共有10条地址线。条地址线。例如，输

4、入地址码例如，输入地址码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001，则行选线则行选线 X11、列选线列选线Y01，选中第选中第X1行第行第Y0列的那个存储单元。列的那个存储单元。3 RAM的存储单元的存储单元例例. 六管六管NMOS静态存储单元静态存储单元 4. 片选及输入片选及输入/输出控制电路输出控制电路当当选选片片信信号号CS1时时，G5、G4输输出出为为0，三三态态门门G1、G2、G3均均处处于于高高阻阻状状态态，输输入入/输输出出（I/O）端端与与存存储储器器内内部部完完全全隔隔离离，存存储储器器禁禁止止读读/写写操操作作，即不工作；即不工作；当当CS0时时，芯芯

5、片片被被选选通通：当当 1时时，G5输输出出高高电电平平，G3被被打打开开，于于是被选中的单元所存储的数据出现在是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端，存储器执行读操作；端，存储器执行读操作；当当 0时时，G4输输出出高高电电平平，G1、G2被被打打开开，此此时时加加在在I/O端端的的数数据据以以互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。 二二. RAM的工作时序（以写入过程为例）的工作时序（以写入过程为例）读出操作过程如下：读出操作过程如下：（1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端；）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端；（2）加

6、入有效的选片信号）加入有效的选片信号CS；（3）将待写入的数据加到数据输入端。将待写入的数据加到数据输入端。（3）在在 线上加低电平，进入写工作状态；线上加低电平，进入写工作状态；（4）让选片信号）让选片信号CS无效，无效，I/O端呈高阻态。端呈高阻态。三三 RAM的容量扩展的容量扩展1位扩展位扩展用用8片片1024（1K）1位位RAM构成的构成的10248位位RAM系统。系统。2字扩展字扩展用用8片片1K8位位RAM构成的构成的8K8位位RAM。四四.RAM的芯片简介的芯片简介(6116)(6116)61166116为为2K2K8 8位静态位静态CMOSRAMCMOSRAM芯片引脚排列图：芯

7、片引脚排列图：A0A10是地址码输入端，是地址码输入端，D0D7是是数据输出端，数据输出端， 是选片端，是选片端， 是输出使能端，是输出使能端， 是写入控制端。是写入控制端。（2）一一次次性性可可编编程程ROM（PROM）。出出厂厂时时，存存储储内内容容全全为为1（或或全全为为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。7.2 只读存储器只读存储器(ROM) 一一 ROM的分类的分类按照数据写入方式特点不同，按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：可分为以下几种：（1）固定）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。厂家

8、把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。（3）光光可可擦擦除除可可编编程程ROM（EPROM）。采采用用浮浮栅栅技技术术生生产产的的可可编编程程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。（5）快快闪闪存存储储器器（Flash Memory）。也也是是采采用用浮浮栅栅型型MOS管管，存存储储器器中中数数据据的的擦擦除除和和写写入入是是分分开开进进行行的的，数数据据写写入入方方式式与与EPROM相相同同，一般一只芯片可以擦除一般一只芯片可以擦除/写入写入100次以上。次以上。（4）电电可可擦擦除除可可编编程程ROM（E2PROM）。也

9、也是是采采用用浮浮栅栅技技术术生生产产的的可可编编程程ROM，但但是是构构成成其其存存储储单单元元的的是是隧隧道道MOS管管，是是用用电电擦擦除除，并并且且擦擦除除的的速速度度要要快快的的多多（一一般般为为毫毫秒秒数数量量级级）。E2PROM的的电电擦擦除除过过程程就就是是改改写写过过程程，它它具具有有ROM的的非非易易失失性性，又又具具备备类类似似RAM的的功功能能，可以随时改写（可重复擦写可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。万次以上）。二二ROM的结构及工作原理的结构及工作原理1. ROM的内部结构的内部结构由地址译码器和存储矩阵组成。由地址译码器和存储矩阵组成。2. ROM的基本的基本

10、工作原理：工作原理：由地址译码器由地址译码器和或门存储矩阵组成。和或门存储矩阵组成。例例：存存储储容容量量为为44的的ROM二极管固定二极管固定ROM举例举例（1）电路组成：）电路组成：由二极管与门和由二极管与门和或门构成。或门构成。与门阵列组成与门阵列组成译码器，或门译码器，或门阵列构成存储阵列构成存储阵列。阵列。（2）输出信号表达式）输出信号表达式与门阵列输出表达式：与门阵列输出表达式：（3）ROM存储内容的真值表存储内容的真值表或门阵列输出表达式：或门阵列输出表达式：1.作函数运算表电路作函数运算表电路【例例7.21】试试用用ROM构构成成能能实实现现函函数数y=x2的的运运算算表表电电

11、路路，x的的取取值值范范围为围为015的正整数。的正整数。三三 ROM的应用的应用【解解】（1）分析要求、设定变量）分析要求、设定变量自自变变量量x的的取取值值范范围围为为015的的正正整整数数，对对应应的的4位位二二进进制制正正整整数数，用用B=B3B2B1B0表表示示。根根据据y=x2的的运运算算关关系系，可可求求出出y的的最最大大值值是是152225，可以用，可以用8位二进制数位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。表示。（2）列真值表）列真值表函数运算表函数运算表Y7=m12+m13+m14+m15（3）写标准与或表达式）写标准与或表达式Y4=m4+m5+m7+m9+m11

12、+m12Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y3=m3+m5+m11+m13Y1=0Y2=m2+m6+m10+m14(4)画画ROM存储矩阵结点连接图存储矩阵结点连接图为做图方便，我们将为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。矩阵中的二极管用节点表示。Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15【解解】 （1）写出各函数的标准与或表达式：）写出各函数的标准与或表达式：按按A、B、C、D顺序排列变量，将顺序排列变量，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。扩展成为四变量逻辑函数。2.实现任意组合逻辑函数实现任

13、意组合逻辑函数【例例7.22】试用试用ROM实现下列函数：实现下列函数：（2）选用）选用164位位ROM，画存储矩阵连线图：画存储矩阵连线图：四四EPROM举例举例2764五五.ROM容量的扩展容量的扩展（1）字长的扩展（位扩展）字长的扩展（位扩展）现有型号的现有型号的EPROM，输出多为输出多为8位。位。下图是将两片下图是将两片2764扩展成扩展成8k16位位EPROM的连线图。的连线图。用用8片片2764扩展成扩展成64k8位的位的EPROM：（2）字数扩展（地址码扩展）字数扩展（地址码扩展）本章小节本章小节2 2RAMRAM是是一一种种时时序序逻逻辑辑电电路路，具具有有记记忆忆功功能能。

14、其其存存储储的的数数据据随随电电源源断断电电而而消消失失，因因此此是是一一种种易易失失性性的的读读写写存存储储器器。它它包包含含有有SRAMSRAM和和DRAMDRAM两两种种类类型型，前前者者用用触触发发器器记记忆忆数数据据，后后者者靠靠MOSMOS管管栅栅极极电电容容存存储储数数据据。因因此此，在在不不停停电电的的情情况况下下，SRAMSRAM的的数数据据可可以以长长久久保保持持，而而DRAMDRAM则则必必需需定定期刷新。期刷新。1 1半半导导体体存存储储器器是是现现代代数数字字系系统统特特别别是是计计算算机机系系统统中中的的重重要要组组成成部部件件，它可分为它可分为RAMRAM和和RO

15、MROM两大类。两大类。3 3ROMROM是是一一种种非非易易失失性性的的存存储储器器，它它存存储储的的是是固固定定数数据据，一一般般只只能能被被读读出出。根根据据数数据据写写入入方方式式的的不不同同，ROMROM又又可可分分成成固固定定ROMROM和和可可编编程程ROMROM。后后者者又又可可细细分分为为PROMPROM、EPROMEPROM、E E2 2PROMPROM和和快快闪闪存存储储器器等等，特特别别是是E E2 2ROMROM和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了RAMRAM的特性。的特性。4 4从从逻逻辑辑电电路路构构成成的的角角度度看看，ROMROM是是由由与与门门阵阵列列（地地址址译译码码器器）和和或或门门阵阵列列（存存储储矩矩阵阵）构构成成的的组组合合逻逻辑辑电电路路。ROMROM的的输输出出是是输输入入最最小小项项的的组组合合。因因此此采采用用ROMROM构构成成各各种种逻逻辑辑函函数数不不需需化化简简，这这给给逻逻辑辑设设计计带带来来很很大大方方便便。随随着着大大规规模模集集成成电电路路成成本本的的不不断断下下降降，利利用用ROMROM构构成成各各种种组合、时序电路，愈来愈具有吸引力。组合、时序电路，愈来愈具有吸引力。