《半导体存储器》PPT课件.ppt

8 1 第8章半导体存储器 8 3随机存取存储器 RAM 8 2顺序存取存储器 SAM 8 4只读存储器 ROM 8 1概述 8 2 8 1概述 在数字系统工作过程中 有大量数据需要存储 半导体存储器是一种能够存储大量的二值信息的存储器 它在数字系统中能存储数据 程序 资料等信息 半导体存储器因此而成为数字系统不可缺少的组成部分 8 1 1半导体存储器的特点与应用 半导体存储器具有集成度高 体积小 价格低 外围电路简单 接口方便和易于大批量生产等特点 8 3 按制造工艺分双极型双极型存储器工作速度快 功耗大 价格高 集成度不高MOS型MOS型存储器功耗低 工艺简单 集成度高 价格低 8 1 2半导体存储器的分类 按存取方式分顺序存取存储器 SequentialAccessMemory 简称SAM 随机存取存储器 RandomAccessMemory 简称RAM 只读存储器 OnlyReadMemory 简称ROM 8 4 存储容量位 bit 存储器最基本的存储单元 可存储一个0或一个1字 byte 若干个基本存储单元排列在一起组成一个字存储器的存储容量通常用 字数 位数 表示 例如存储容量为1024 字 8 位 的存储器内包含有8192个基本存储单元 常表示成1k 8位 1k 1024 或1k字 字长8位 8 1 3半导体存储器的主要技术指标 存取时间 读 写周期 连续两次读取 或写入 操作的间隔时间称为读 写 周期 表征存储器工作速度的高低 8 5 8 2顺序存取存储器 SAM 顺序存取存储器由动态移位寄存器构成 动态移位寄存器又由动态CMOS反相器串接而成 利用MOS管栅极和衬底之间的输入电容 栅电容 来暂存信息 由于MOS管的输入电阻极大 当栅电容充入电荷后 电荷经输入电阻自然泄漏 放电 速度比较缓慢 至少需要持续几个毫秒 如果移位脉冲 CP 的周期为微秒量级 则在一个周期内栅电容上的电荷基本不变 栅极电位就基本不变 若长时间没有移位脉冲的推动 存放在栅电容上的信息就会随电荷的泄漏而消失 所以它只能在移位脉冲的作用下 也就是动态中运用 故称为动态移位寄存器 8 6 8 2 1动态CMOS反相器 8 7 8 2 2动态CMOS移存单元 8 8 8 2 3动态移存器和顺序存取存储器 SAM FIFO型SAM 循环刷新 读和写 8 9 8 2 3动态移存器和顺序存取存储器 SAM FILO型SAM 8 10 8 3随机存取存储器 RAM 随机存取存储器也叫随机读 写存储器 简称RAM 工作时可以随时读取RAM中任何指定位置已存数据 或向RAM中的任何指定位置写入数据 它的特点是读 写方便 使用灵活 一旦断电数据随之丢失 即数据具有易失性 静态随机存取存储器SRAMSRAM StaticRandomAccessMemory 动态随机存取存储器DRAMDRAM DynamicRandomAccessMemory RAM分为 8 11 8 3 1RAM结构 存储矩阵地址译码器读写控制电路 I O电路 RAM结构示意图 8 12 8 3 1RAM结构 存储矩阵 存储矩阵实际上就是存储体 由大量存储单元按矩阵排列而成 存储矩阵的规模越大 存储器存储容量越大 存储矩阵中的存储单元有静态单元和动态单元两类 分别构成SRAM和DRAM 存储矩阵中一个基本存储单元能存储一位二值数据 常将n个存储单元组合在一起构成字长为n位的字 大多数存储器以一个字为单位存取数据 8 13 8 3 1RAM结构 地址译码器 存储单元在存储矩阵中的物理空间位置标识称为地址 用二进制代码表示称为地址码 地址码和存储单元在存储矩阵中的物理空间位置一一对应 给定一个确定的地址码 就能找到一个确定的存储单元 对存储器进行操作时 必须由地址译码器对地址码译码 译码器输出相应的行线和列线的高电平 使被选中单元与I O电路接通 仅对被选中单元进行读 写操作 这一过程常称为寻址 存储器地址码的位数n 地址输入线数 越多可寻址数越多 2n个 存储容量越大 8 14 8 3 1RAM结构 8 15 8 3 1RAM结构 片选与读 写控制电路 I O电路 数字系统中的RAM一般由多片组成 当系统每次读 写时 仅仅针对其中一片 或几片 操作 片选输入端CS就是为此而设置的 当CS 1时 读 写操作都被禁止 8 16 8 3 2RAM存储单元 MOS静态存储单元 8 17 8 3 2RAM存储单元 MOS动态存储单元 8 18 8 3 2RAM存储单元 MOS动态存储单元 8 19 8 3 3RAM集成芯片HM6264 8 20 8 3 4RAM存储容量的扩展 位扩展 8 21 8 3 4RAM存储容量的扩展 字扩展 8 22 8 3 4RAM存储容量的扩展 8 23 8 4只读存储器 ROM 只读存储器简称ROM 工作时只能读取不能写入数据 是一种固定存储器 它所存储的数据即便在断电后也不会丢失 常用于存储程序 函数表 字符 常数 表格等需要长期存储的数据 固定ROM ROM分为 可编程ROM PROM ProgrammableReadOnlyMemory 可擦除可编程ROM EPROM ErasableProgrammableReadOnlyMemory 电可擦可编程ROM EEPROM E2PROM ElectronicsErasableProgrammableReadOnlyMemory 8 24 8 4 1固定ROM 固定ROM的结构与RAM类似 由存储矩阵 地址译码器和输出电路组成 各组成部分的作用也类似 但是 ROM不设输入电路 且ROM的存储矩阵结构较为简单 按存储矩阵中使用的器件分为 二极管ROM 双极型三极管ROM和MOS管ROM 固定ROM中存储的数据是在芯片出厂之前已经由生产厂商写入 即厂家编程 而且是固定的 使用者只能读出数据不能改写 8 25 8 4 1固定ROM 8 26 8 4 2可编程ROM PROM 熔丝型 反熔丝型 PROM在出厂前 存储内容全为1 或全0 用户按需要可以对某些单元进行一次性改写 即用户一次编程 其结构和读操作都与固定ROM相似 8 27 8 4 3可擦除可编程ROM EPROM 和电可擦可编程ROM EEPROM EPROM存储单元结构 8 28 在漏源极间加高压 25V 沟道内形成雪崩击穿 而控制栅加正脉冲 25V 50ms 吸引部分高能电子穿透SiO2绝缘层 被浮栅俘获并聚集于浮栅 当去掉高压电源后 由于包围浮栅的SiO2的高绝缘性能 被俘获电子难以泄漏并将长期保存 使浮栅带上负电 该负电压的存在 必须施加比阈值电压VGS th 更高的控制栅电压才能抵消浮栅上负电荷的作用 而形成导电沟道 正常工作时 5V的控制栅电压不能再使管子导通 说明该存储单元被长期写入0 如此 可将全部该写0的单元写0 实现用户编程 8 4 3可擦除可编程ROM EPROM 和电可擦可编程ROM EEPROM EPROM存储单元编程 8 29 若要擦除所写入的数据 可将其置于EPROM擦除器产生的强紫外光照射之下 并持续一定时间 几到十几分钟 浮栅上的电子通过紫外光获得光子能量 而穿透绝缘层回到衬底中 芯片又恢复到全部存储单元为1的初始状态 该芯片又可以再一次被用户改写编程 用户多次编程 数据可保存约10年 为区别于固定ROM 这些可编程单元在阵列图中的交叉点上用 表示 而不再用圆点 8 4 3可擦除可编程ROM EPROM 和电可擦可编程ROM EEPROM EPROM存储单元擦除 8 30 8 4 3可擦除可编程ROM EPROM 和电可擦可编程ROM EEPROM EEPROM存储单元结构 8 31 8 4 3可擦除可编程ROM EPROM 和电可擦可编程ROM EEPROM 快闪存储器 FlashMemory 8 32 8 4 4用ROM实现组合逻辑函数 ROM中的地址译码器实际上是与门阵列 存储矩阵实际上是或门阵列 因此从概念上说ROM是组合逻辑电路 ROM可实现组合逻辑函数 若把地址当作逻辑函数的输入变量 则地址译码器的输出端对应产生输入变量的全部最小项 而存储矩阵则将有关最小项相或后得到输出变量 ROM拥有几个数据输出端就可产生几个逻辑函数输出 用ROM实现组合逻辑电路的方法很简单 只要列出该函数的真值表 将全部最小项相或 即可直接画出存储矩阵的阵列图 8 33 8 4 4用ROM实现组合逻辑函数 例用PROM构成将4位二进制码转换成循环码的码制转换电路 解列出4位二进制码转换成循环码的真值表 8 34 8 4 4用ROM实现组合逻辑函数 4位将二进制码转换成循环码的PROM阵列图 8 35 8 4 4用ROM实现组合逻辑函数 例用PROM