《zdl7半导体存储器》PPT课件.ppt

第7章半导体存储器,半导体存储器概述只读存储器随机存储器存储器容量的扩展ROM的分析与设计小结,一.半导体存储器概述,存储器存储器的主要指标存储器的分类,能够存储大量(二值)信息(或称为数据)的器件,存储器的主要指标,存储容量指一个存储器所能存放的最大信息量。通常用B（Byte字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）表示。存取时间指完成一次存储器读/取操作所需的时间（又称读写时间）。可靠性指存储器在规定时间内无故障工作的情况。一般采用平均无故障时间间隔（MTBF）衡量。MTBF长，存储器可靠性好。价格由存储器容量、性能决定。,存储器的主要指标,存储器的分类,按存储介质:半导体存储器、磁表面存储器、光盘按存取方式：*只读存储器（ROM）可随机读出其内容。*随机存储器（RAM）存储单元可被随机读/写。存取时间与存储单元的物理位置无关。*顺序存储器（SAM）按指定顺序存取。即存取时间与存储单元的物理位置有关。*直接存储器（DAM）存取数据做定位搜索（如：由磁道-扇区）按制造工艺：双极性、MOS按所处位置及逻辑功能：内存、外存按信息的保护性：掉电后信息保存（非易失性ROM）/消失（易失性RAM）存储器。,存储器的分类,二.只读存储器,只读存储器(ReadOnlyMemory_ROM)特点:功能:,二.只读存储器,一般用于存放固定的数据或程序,*正常使用时主要对其进行读取操作*掉电后存储的信息(数据)可保留,只读存储器的分类只读存储器的结构及工作原理只读存储器的简化形式及数据表只读存储器的其它构成形式只读存储器的存储容量,只读存储器的分类,*掩膜式ROM_数据已确定,无法更改。,*快闪存储器_电可擦除类ROM,具有高集成度、大容量、低成本和使用方便的特点,*可编程ROM(PROM)_数据可以由用户根据自己的需要写入,但一经写入就不能更改。,*紫外线可擦除ROM(EPROM)_数据可由用户写入,并能擦除重写。,*电可擦除ROM(E2PROM)_数据可由用户写入,并能擦除重写。,2.1只读存储器的分类,只读存储器的结构及组成,结构图：,组成：*存储矩阵*地址译码器*输出缓冲器,2.2只读存储器的结构及组成,由存储单元按一定规则排列。每一存储单元可存放1位二值代码。存储单元可由二极管、三极管和场效应管构成。,将输入的地址代码译成相应的控制信号，可访问存储矩阵的单元,提高存储器的负载能力，并实现对输出的三态控制。,只读存储器的工作原理,*ROM的结构框图及原理,二、ROM结构及原理,n位地址信号,m位输出信号,字线,位线,字线数,位线数,组成：存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器组成,存储器结构及工作原理(1),*电路图,地址译码器,存储矩阵,输出缓冲器,存储器结构及工作原理(1),*电路图*分析,Wi称为字线,地址译码器_由二极管与门构成。对地址线A1A0有:,地址译码器,存储器结构及工作原理(2),*电路图*分析,当EN=0,Di=diDi称为位线(数据线/输出线),(2)存储矩阵_由二极管或门构成,(3)输出缓冲器_对输出三态控制,提高驱动负载能力。,输出缓冲器,存储矩阵,存储器结构及工作原理(3),*分析：(1)地址译码器_由二极管与门构成。对n位地址信号，输出2n位字线（Wi）(2)存储矩阵_由二极管或门构成。输出m位位线（Di）(3)输出缓冲器_由三态门构成Di=di(当三态控制端EN有效时),固定结构,可编程,只读存储器的其它构成形式_A,ROM的三极管结构图：,*只读存储器的其它构成形式_A,存储单元由三极管构成:当Wi选通时,对应输出D为1。(字线和位线交叉处存“1”),只读存储器的其它构成形式_B,ROM的MOS管结构图：,存储单元由MOS管构成(字线和位线交叉处存“0”,经反相器输出为“1”),只读存储器的其它构成形式_PROM,PROM的结构原理图和工作原理:,特点:在存储矩阵的每个交叉点上全部制作存储元件(存入“1”),存储元件与位线之间加入熔丝,若某存储单元存人“0”,只须将该熔丝通过大电流烧断即可.,只读存储器的其它构成形式_PROM原理,PROM的结构原理图:,原理:（1）选中要写入0的单元；（2）在数据端（D7）加入编程脉冲，经写入放大器后，在较大的脉冲电流作用下，将熔丝熔断。,只读存储器的简化形式及数据表,ROM图的简化结构图:,对应的数据表:,存储容量：用“字数位数(即字长)”表示存储器中存储单元的数量。,2.存储容量及其表示,用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220,例如，一个328的ROM，表示它有32个字,地址线为5位，字长为8位，存储容量是328=256。,对于大容量的ROM常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210,例如，一个64K8的ROM，表示它有64K个字，字长为8位，存储容量是64K8=512K。,一、ROM存储容量,例如，一个存储容量为102412的ROM。表示它有1024个字，10位地址线，字长为12位。,只读存储器的存储容量,存储容量:字数位数例1:如图所示ROM的存储容量为:,例2:已知某个ROM的存储容量为:162则其地址线为:字线为:数据线为:例3:ROM的存储容量为:10248则其地址线为:字线为:数据线为:,4162,1010248,44,三.随机存储器,随机存储器RAM(RandomAccessMemory)特点:随机存储器的基本结构静态随机存储器动态随机存储器,三.随机存储器,可从存储单元中读出数据,也可将数据写入指定的单元中(可读/写存储器)(2)掉电后,存储的数据消失(丢失),随机存储器的基本结构,RAM结构图：,RAM(2114)的结构框图,*地址译码器(与阵列)*存储矩阵(或阵列)*读/写控制电路,其中:*读/写控制端（R/W）:控制数据的读出和写入操作。当R/W=1,为读操作当R/W=0,为写操作*片选控制信号CS：当CS=0,RAM正常工作,组成:,3.1随机存储器的基本结构,RAM(2114)的结构框图,特点:地址译码器(行地址译码(A3-A8),列地址译码(A0-A2,A9)存储单元（SR锁存器）读写控制电路及I/O输出,存储单元矩阵,读写控制电路,静态随机存储器（SRAM）,组成：地址译码器、存储矩阵、读/写控制电路其中：地址译码器可分为：行地址译码器、列地址译码器SRAM的静态存储单元逻辑符号特点：,由双极性器件或CMOS器件构成。用触发器作为记忆元件。没有读/写操作时，能保留原有信息。（不需刷新）,I/O:输入/输出端(m)An-1A0:地址输入端(n)R/S:读/写控制端CS:片选端,静态随机存储器SRAM的存储单元,SRAM电路结构单元：,分析:*六管增强型NMOS管存储单元T1,T2,T3,T4(SR锁存器),*字线：Xi_T5、T6控制触发器Q与位线Bj连接Xi=1所在行被选中。T5,T6导通,字线：Yj_T7,T8控制Bj(Q)与读/写控制电路连接Yi=1所在列被选中。T7,T8导通第i行,第j列单元与缓冲器相连,*CS片选控制端当CS=1:A1,A2,A3均高阻当CS=0:R/W=1A1导通,读出数据R/W=0A2,A3导通,写入数据.*R/W读写控制端,2.动态随机存储器（DRAM）,组成（与SRAM相同）地址译码器、存储矩阵、读/写控制电路,（1）采用电容作为记忆元件。对C充电存储数据“1”；C放电存储数据“0”（2）由于电荷泄漏，需进行动态刷新，以保存数据,逻辑符号（与SRAM相同）和结构图,特点：,动态随机存储器（DRAM）,*动态随机存储器（DRAM）-单管存储单元,单管动态存储单元.写操作-字线X给高电平,位线Y上的数据经T被存入CS中.读操作-字线X给高电平,CS经T向位线上的CB提供电荷,使位线获得读出的信号电平.,电路结构单元,动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理。,其它结构的动态随机存储器,由于栅极电容的容量很小,电荷保存的时间有限.为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失,必须定时给栅极电容补充电荷-称为刷新(或再生),*DRAM-单管存储单元,*动态随机存储器（DRAM）结构图,电路结构单元,T1、T2为NMOS管.数据以电荷形式存储在其栅极电容C1、C2上。若C1充电，同时C2未被充电，则T1导通，T2截止-称存储0；反之存储1,预充电电路,*DRAM结构图,四.存储器容量的扩展,存储器容量的扩展:(将若干片ROM/RAM组合,形成容量更大的存储器)扩展方式:(1)位扩展;(2)字扩展;(3)位、字同时扩展位扩展方式字扩展方式位、字扩展方式,四.存储器容量的扩展,4.1位扩展方式,位扩展:扩展位线(数据输出线_I/0)例1:将10242的RAM扩展成10244的RAM,位扩展方式:地址线并接,读/写线、片选线等并接数据线独立,4.1位扩展方式,字扩展:扩展地址线(A)例1:将10242的RAM扩展成20482的RAM,字扩展方式:地址线并接,读/写线并接、数据线并接增加的地址线：片选线扩展例2:将10242的RAM扩展成20484的RAM,4.2字扩展方式,4.1字扩展方式,4.3位、字扩展方式,位、字扩展:扩展地址线和数据线例1:将10242的RAM扩展成20484的RAM,4.3位、字扩展方式,五.ROM的分析与应用,ROM的应用分析用ROM设计逻辑函数,五.ROM的分析与应用,ROM的应用分析,例题1:分析如图所示电路的逻辑功能。例题2：分析如图所示电路的逻辑功能。,ROM的应用分析,ROM的分析例题1,例题1:分析如图所示电路的逻辑功能。解：,*由图写表达式：,*由表达式列真值表:,*逻辑功能：实现8421BCD码到余3码的转换。,ROM的分析例题2,例题2：分析如图所示电路的逻辑功能。,解:*由图写表达式:,*由图列真值表:(见P193表4.3.9)*逻辑功能:一位全加器,用ROM的设计逻辑函数,例题1:用ROM设计逻辑函数:例题2:用ROM设计一个一位全减器.例题3：用ROM实现多输出函数,用ROM的设计逻辑函数,ROM的设计例题1,例题1:用ROM设计逻辑函数:解：*将函数整理成最小项表达式：*画ROM的连接图,ROM的设计例题2,例题2:用ROM设计一个一位全减器.解：*列真值表,（减法ABCI=COS）,*由真值表写表达式,*由表达式画ROM的连接图,ROM的设计例题2（续）,例题2:用ROM设计一个一位全减器.解：*由真值表写表达式,*由表达式画ROM的连接图,ROM的设计例题3,例题3:用ROM实现多输出函数,*由表达式画ROM的连