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1、第九章第九章 半导体存储器半导体存储器9.1 概述9.2 只读存储器( ROM )9.3 随机存取存储器( RAM )9.1 概述概述半导体存储器半导体存储器是由半导体器件是由半导体器件构成的大规模集成电路构成的大规模集成电路,专门专门用来存放二进制信息的用来存放二进制信息的,是任是任何数字电路不可缺少的一部分何数字电路不可缺少的一部分.按所用半导体器件的不同按所用半导体器件的不同,半导体存半导体存储器分为储器分为:1.双极型双极型-工作速度快工作速度快,在微机中作在微机中作高速高速 缓存缓存2.MOS型型-功耗小功耗小,因而集成度高因而集成度高.用于大容量存储用于大容量存储,如微机中的内存条
2、如微机中的内存条(Ultra violet)1. 只读存储器只读存储器 Read Only Memory 按存取方式半导体存储器可分为按存取方式半导体存储器可分为:1) ROM2) PROM-programmable 3) EPROMUVEPROM(Erasable)E2PROM(Electrically)信息可长期保存信息可长期保存,断电也不丢失断电也不丢失2.随机存取存储器随机存取存储器 Random Access MemoryRAM1) SRAM 静态静态 随机存取存储随机存取存储 器器 (static)2) DRAM 动态随机存储存取器动态随机存储存取器 (Dynamic)任何时刻对任
3、何单元都能直接写入或读出任何时刻对任何单元都能直接写入或读出 二进制信息二进制信息,断电后信息就丢失断电后信息就丢失。3. 顺序存取存储器顺序存取存储器 Sequential Access MemorySAMFIFO First in First outFILO First in Last out顺序存取存储器的特点是先入先出或顺序存取存储器的特点是先入先出或先入后出先入后出9.2 只读存储器只读存储器( ROM )只读存储器在工作时其存储内容是固定只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，因此，只能读出，不能随时写入，不变的，因此，只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。所以称为只读存储
4、器。7.2.1 ROM的基本结构及工作原理的基本结构及工作原理ROM主要组成部分：主要组成部分： 1. 地址译码器地址译码器 2. 存储矩阵存储矩阵 3. 输出电路。输出电路。Read Only Memory.A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K: 输出输出控制端控制端输出输出电路电路存储存储矩阵矩阵字线字线位线位线简单的二极管简单的二极管ROM电路电路000011111111111000000001地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容位线位线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K: 输出输出控制端控制端
5、字线字线输入任意一输入任意一个地址码，译码个地址码，译码器就可使与之对器就可使与之对应的某条字线为应的某条字线为高电平，进而从高电平，进而从位线上读出四位位线上读出四位输出数字量。输出数字量。+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3有有 MOS 管管的单元存储的单元存储 “0”；无无 MOS 管管的单元存储的单元存储 “1”。下图是使用下图是使用 MOS 管的管的ROM 矩阵：矩阵：固定固定 ROM：在前面介绍的两种存储器中，其存在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变动。，使用时不能变动。 PROM：有一种可编程
6、序的有一种可编程序的 ROM ，在出厂时在出厂时全部存储全部存储 “1”，用户可根据需要将某些单，用户可根据需要将某些单元改写为元改写为 “0”,然而只能改写一次然而只能改写一次 。ROM的类型的类型: 若将熔丝烧断，该单元则变成若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢。显然，一旦烧断后不能再恢复。复。字线字线位位线线熔熔断断丝丝A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K: 输输出控出控制端制端 EPROM： 一种可以改写多次的一种可以改写多次的 ROM。它所存它所存储的信息可以用紫外线或储的信息可以用紫外线或 X 射线照射檫去射线照射檫去
7、（Erasable ），然后又可以重新编制信息。），然后又可以重新编制信息。 存储容量是存储容量是 ROM 的主要技术指的主要技术指标之一，它一般用标之一，它一般用 存储字数：存储字数：2N . 输出位数：输出位数：M 来表示来表示( 其中其中N为存为存储器的地址线数储器的地址线数 )。例如：。例如：128(字字) . 8(位位)、1024(字字) 8(位位)等等。等等。.EPROM的结构及工作原理可见数字电子技术P301（阎石主编）PN+N+G1DSG2SIO2层层SIMOS -迭栅注入迭栅注入MOS管管G1控制极控制极G2浮栅极浮栅极符号符号当当S、D极间加以较高电压（约极间加以较高电压（
8、约+20+25V)时时,将发生雪崩击穿将发生雪崩击穿,如果同时在控制极加上高如果同时在控制极加上高压脉冲压脉冲 (幅度约幅度约+25V,宽度约宽度约50ms),一些速度一些速度较高的电子就能穿过较高的电子就能穿过SIO2层到达浮置栅极层到达浮置栅极,行行成注入电荷。注入了电荷的成注入电荷。注入了电荷的SIMOS管相当于管相当于写入了写入了1，没注入电荷的相当于存入了，没注入电荷的相当于存入了0。SIMOS - Stacked gate Injuntion Metal Oxide Semiconductor字线字线位线位线注入了电子的0010Vcc9.2.2 ROM的应用举例的应用举例例例1.
9、用于存储固定的专用程序。用于存储固定的专用程序。例例2. 利用利用ROM可实现查表或码制变换等功能。可实现查表或码制变换等功能。查表功能查表功能 例：查某个角度的三角函数例：查某个角度的三角函数 码制变换：码制变换：地址地址欲变换的编码欲变换的编码 相应相应ROM中的内容中的内容目的编码目的编码地址码地址码变量值（角度）变量值（角度）“造表造表”相应相应ROM中的内容中的内容函数值函数值输入地址输入地址(角度角度)输出函数值输出函数值“查表查表”例例3. ROM 在波形发生器中的应用。在波形发生器中的应用。ROMD/A计计数数器器CP计数脉冲计数脉冲送示波器送示波器34A1A2A0D3D2D1
10、D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0tuo0ROMD/A计计数数器器CP计数脉冲计数脉冲送示波器送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A010000000000011111111111000000000000000000000011111111111248129639.3 随机存取存储器随机存取存储器( RAM )读写存储器又称读写存储器又称随机存储器随机存储器Random Access Memory。读写存储器的特点是：读写存储器的特点是：在工作过程中，既可在工作过程中，
11、既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称储器，简称 RAM 。9.3.1 SRAM的基本存储单元的基本存储单元WiDD符号符号VCCWiDDO/IR / W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线工作原理工作原理:O/IWiDDR / W123T2T3T4T5T6QT1字线字线数数据据线线数数据据线线VCCQVCCT2T1T3T4工作原理工作原理:1. 信息的基本存储单元信息的基本存储单元：由增强型：由增强型 NMOS管管T1和和 T2、T3和
12、和T4 构成一个构成一个基本基本 R-S触发器。触发器。2. T5和和T6是门控管，由字线是门控管，由字线Wi控制控制其导通或截止：其导通或截止：Wi1则导通，则导通，否则截止。否则截止。3. 门控管门控管T5和和T6导通时可导通时可以进行以进行“读读”或或“写写”的操作。的操作。VCCWiDDO/IR / W123T2T3T4T5T6QQT1数数据据线线数数据据线线字线字线如果数据线先被如果数据线先被加上外来电压，加上外来电压，则执行则执行“写写”操操作；作；反之，则执行反之，则执行“读读”操作。操作。VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据
13、据线线4. R / W的控制作用的控制作用R/W = 0时，三态时，三态门门1、3接通，而接通，而门门2处于高阻，使处于高阻，使 I/O 信号得以经过信号得以经过门门1、3送到数据送到数据线上，以便写入；线上，以便写入；R/W 1 时，时，门门1、3处于高阻处于高阻状态，门状态，门2接通，接通，将数据线上电位将数据线上电位送到送到I/O，以便读以便读出。出。R / W123数数据据线线数数据据线线9.3.2 单管动态存储单元单管动态存储单元(DRAM)是目前所有大容量是目前所有大容量DRAM首选存储单元首选存储单元,结构简单结构简单但需要配置灵敏恢复但需要配置灵敏恢复/读出放大器读出放大器破坏
14、性读出破坏性读出字线字线位位线线CSCBW3W2W1W0地地址址译译码码器器读写读写 及及 输入输入/输出控输出控制制I / O1I / O0CSR / WA0A1D1D1D0D0存存储储矩矩阵阵9.3.39.3.3 存储器的整体结构存储器的整体结构工作原理工作原理:VCCT2T1T3T4DD列选线列选线行选线行选线6464存储矩阵存储矩阵D3D2D1D0D3D2D1D0I/O电路电路列地址译码列地址译码A4A9A0A3A1A2 9.3.4 RAM组件及其连接组件及其连接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D
15、0R / WRAM 2114 管脚图管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM 6116 管脚图管脚图A2A711112141324A8D5D6D7RDWR一、扩大一、扩大 RAM( 如如2114 )的位数的位数要达到这个目的方法很简单，只要把各片要达到这个目的方法很简单，只要把各片地地址线对应连接址线对应连接在一起，而在一起，而数据线并行使用数据线并行使用即可，即可，示范接线如下图：示范接线如下图：D7A9A0R/W CSD1D3D2D0A9A0R/W CSD1D3D2D0. . . . .D6D
16、5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114 (1)2114 (2)用用(两片两片2114) 1024 4 构成构成 1024 8二、二、 增加增加 RAM( 如如2114 )的字数的字数通过用通过用10244 ( 4片片2114 ) 构成构成40964为为例，介绍解决这类问题的办法。例，介绍解决这类问题的办法。(1) 访问访问4096个单元，必然有个单元，必然有 12 根地址线；根地址线；(2) 访问访问 RAM2114，只需只需 10 根地址线，尚根地址线，尚余余 2根地址线根地址线 ；(3) 设法用设法用剩余的剩余的 2根地址线去控制根地址线去控制4个个2114的片选端的片选端 。思路：思路：CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D32 4译译码码器器A11A10A0A9D3D2D1D02114 (1)2114 (2)2114 (3)2114 (4)R/WY0Y3A11A10选中片序号选中片序号 对应的存储单元对应的存储单元 0 0 1 12114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000 10231024 20472048 30713072 4095 0 1 1 0第九章第九章 结束结束数字电子技术数字电子技术
