阎石第五版第七章-第一讲PPT课件

第七章半导体存储器,第一讲只读存储器,第二讲随机存储器,本章要求,熟练掌握半导体存储器的分类、特点；熟练掌握半导体存储器的容量计算方法及扩展方法（字扩展、位扩展）；掌握半导体存储器实现组合逻辑函数的方法；理解ROM、RAM存储单元的结构及工作原理。,1、半导体存储器定义及分类,2、只读存储器特点及分类,3、ROM的结构,4、存储容量：,、腌膜ROM结构及存储数据原理,、可编程ROM(PROM)原理及特点,、可擦除的可编程ROM种类、原理、特点,、用ROM实现组合逻辑函数原理及方法,第一讲只读存储器,对存储器的操作通常分为两类：,写即把信息存入存储器的过程,读即从存储器中取出信息的过程,半导体存储器是一种能存储大量二值数字信息的大规模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要组成部分。,按制造工艺来分：,半导体存储器,双极型,MOS型,一、概述,1、定义：,2、分类：,半导体存储器,ROM,EPROM,快闪存储器,PROM,E2PROM,按使用的功能来分：,固定ROM（又称掩膜ROM）,可编程ROM,RAM,SRAM,DRAM,(Static),(Dynamic),3、只读存储器(ROM),ROM：是存储固定信息的存储器件，即先把信息或数据写入存储器中，在正常工作时，它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能写入,其信息可以长期保存，断电也不会丢失。,（1）特点：只能读出，不能写入；属于组合电路，电路简单，集成度高；具有信息的不易失性；存取时间在20ns50ns。,缺点：只适应存储固定数据的场合。,按使用的器件的类型分,（2）ROM的分类,二极管ROM三极管ROMMOS管ROM,掩模ROM：出厂时已完全固定下来，使用时无法再更改，也称固定编程ROM。PROM：允许用户根据需要写入，但只能写一次。EPROM：允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写入，但操作复杂、费时。EEPROM：允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写入，操作比较简便、快捷。闪速存储器：仍是ROM，兼有EPROM、EEPROM、RAM的特点，既有存储内容非丢失性，又有快速擦写和读取的特性。,按数据的写入方式分：,地址译码器,将输入的地址代码译成相应的控制信号，用它从存储矩阵中将指定的单元选出，并把其中的数据送到输出缓冲器。,输出缓冲器,一是能提高存储器的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线连接。,存储矩阵,存储矩阵由许多存储单元排列而成,（3）ROM的结构,存储矩阵：,存储单元,W0,W1,W2,W2n-1,字线,D0,Dm-1,Dm-2,位线（数据线）,2n,m,存储单元可以用二极管、双极型三极管或MOS管构成。每个单元能存放1位二值代码（1或0）,信息单元有一个对应的地址代码,字长：一个字中所含二进制数的位数。,存储器的容量=字数（2n）字长（m）例如：2048*8表示这个ROM有2048个字，每个字的字长是8位。例如：一个10位地址码、8位输出的ROM，其存储矩阵的容量为:,2、某存储器芯片的容量为32K8位，则其地址线和数据线的根数分别为()。,1、存储容量为8K8位的ROM存储器，其地址线为()条、数据线有（）条。,练习：,2108=10248=1k8,13,15、8,字：若干个二进制存储单元构成一个字。,4、存储容量：,8,二、腌膜ROM(固化ROM),采用腌膜工艺制作ROM时，其存储的数据是由制作过程中的腌膜板决定的。这种腌膜板是按照用户的要求而专门设计的。因此，腌膜ROM在出厂是内部存储的数据就“固化”在里面了，使用时无法再更改。,1、基本构成,主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。,地址代码：A1A0，给出4个不同的地址。地址译码器将这4个地址代码分别译成W0W3上的高电平信号,当W0W3每根线上给出高电平信号时，都会在D3D04根线上输出一个4位代码。,字线和位线的每个交叉点代表一个存储单元，交叉处接有二极管的单元，表示存储数据为“1”，无二极管的单元表示存储数据为“0”。交叉点的数目也就是存储单元数。,二极管与门,二极管或门,数据表,若：将输入地址A1A0视为输入变量，而将D3、D2、D1、D0视为一组输出逻辑变量，则D3、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数。,(1)ROM的阵列框图,(2)ROM的阵列图,只要把逻辑函数的真值表事先存入ROM，便可用ROM实现该函数,ROM在组合逻辑设计中的应用,用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：根据逻辑函数的输入、输出变量数，确定ROM容量，选择合适的ROM。(2)写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM阵列图。(3)根据阵列图对ROM进行编程。,例1：用ROM实现四位二进制码到格雷码的转换。,解：(1)输入是四位二进制码B3B0，输出是四位格雷码，故选用容量为244的ROM。(2)列出四位二进制码转换为格雷码的真值表，如表1所示。由表可写出下列最小项表达式：,四位二进制码转换为四位格雷码阵列图：,例2用ROM实现字符发生器,以75字符发生器存储字符为例,思考:应选多大容量的存储器?,数据表?,用MOS管工艺制作ROM时，译码器、存储矩阵和输出缓冲器全用MOS管构成。,三、可编程ROM(PROM),可编程PROM在封装出厂前，存储单元中的内容全为“1”（或全为“0”），用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为“0”（或“1”）。,熔丝型PROM的存储单元,存数方法：熔丝法和击穿法,PN结击穿法PROM的存储单元,写入时，找出要写0的位置，加入编程的脉冲电平，使Aw输出低电平，有较大的脉冲电流流过熔丝，将其熔断。,168位结构原理图,四、可擦除的可编程ROM,电擦除，一般芯片内部带有升压电路，可以直接读写E2PROM，擦除时间短(ms级)，可对单个存储单元擦除。读出：3V；擦除：20V；写入：20V。,EPROM：光擦除可编程ROM（UVEPROM）,E2PROM：电擦除可编程ROM,FLASHROM：电擦除可编程ROM,紫外线照射擦除，时间长2030分钟整片擦除写入一般需要专门的工具,结合EPROM和EEPROM的特点，构成的电路形式简单，集成度高，可靠性好。擦除时间短(ms级)，整片擦除、或分块擦除。读出：5V；写入：12V；擦除：12V(整块擦除),1、EPROM,SIMOS管的结构和符号,EPROM的存储单元采用叠栅雪崩注入MOS管,浮置栅上注入了负电荷相当于写入了1，未注入电荷的相当于存入了0,浮置栅上注入了负电荷后必须在GC端加更高的电压管子才能导通,SIMOS管2561EPROM,写入一般需要专门的工具:编程器编程器:用于产生EPROM编程所需要的高压脉冲装置.擦除一般需要专门的工具:擦除器擦除器中的紫外线灯产生一定强度的紫外线，EPROM经过紫外线照射，时间长2030分钟，可将存储的数据擦除。整片擦除,Flotox管的结构和符号,2、E2PROM,E2PROM的存储单元采用浮栅隧道氧化层MOS管,E2PROM的存储单元（Flotox）,若浮置栅上没有充负电荷Di为0,否则为1,读出状态时字线为5V电压，GC加3V电压，,E2PROM存储单元的三种工作状态,（a）读出状态,（b）擦除（写1）状态,（c）写入（写0）状态,3、快闪存储器(FlashMemory),叠栅MOS管,(b)符号,存储原理:,浮置栅与衬底氧化层极薄(10-15nm),当控制栅和源极间加上电压时,大部分电压都降在浮置栅与源极之间的电容上。,用雪崩的方法使浮栅充电,充电后开启电压升高为7V。,存储单元,读出时，字线加+5V电压，VSS=0,若浮栅上没有充电，管子导通，Di=0。,若浮栅上已充电，开启电压不足7V，管子截止，Di=1。,写1时，UDS=6V，UGC=12V，DS间发生雪崩击穿，浮栅充电。,擦除时，VSS=12V，UGC=0V，浮栅与源区间极小的重叠重叠部分产生隧道效应，浮栅电荷放电。,放电后开启电压降低为2V。,常用的E2PROM存储器有:2816、2864、2817。常用的EPROM存储器有:2716、2764。,五、典型ROM芯片举例,1EPROM2764,2E2PROM2816AIntel2816A是2K8位E2PROM，数据读出时间为200250nS，擦除和写入（同时进行）为10mS，读工作电压和写（擦）工作电压均为5V，故不需要专门的编程器，且可实现在线读写。,（1）引脚功能有11根地址A10A0，8根数据输入输出线I/O7I/O0，片选线CE，输出允许线OE，写允许线WE，工作电源Vcc。,（2）工作方式7种工作方式,ROM的新发展,非易失随机存储器NVRAM（NonVolatileRAM）,是一种非易失性的随机读写存储器，它既能快速存取，断电时又不会丢失数据，所以同时具有RAM和ROM的优点。,复习与回顾,1、半导体存储器定义及分类,2、只读存储器特点及分类,3、ROM的结构,4、存储容量：,、腌膜ROM结构及存储数据原理,、可编程ROM(PROM)原理及特点,、可擦除的可编程