半导体存储器

1、第 7 章 半导体存储器 内容提要 半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了1顺序存取存储器 SAM 、随机存取存储器 RAM 、只读存 储器ROM的工作原理。2各种存储器的存储单元。3半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。4半导体存储器芯片的应用。教学根本要求掌握：1SAM 、RAM 和 ROM 的功能和使用方法。 2存储器的技术指标。 3用 ROM 实现组合逻辑电路。理解 SAM、RAM 和 ROM 的工作原理。了解：1动态 CMOS 反相器。2动态 CMOS 移存单元。 3 MOS 静态及动态存储单元。重点与难点本章重点：1 SAM 、RAM 和 ROM 的功能

2、2半导体存储器使用方法存储用量的扩展。3用ROM实现组合逻辑电路。本章难点：动态CMOS反相器、动态CMOS移存单元及MOS静态、 动态存储单元的工作原理。7.1半导体存储器及分类半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成局部。半导体存储器分类如下：-顺序存取存储器半导体存储器随机存取存储器C UNO -THF0型恥M动态移存单元 一FILO型呂合M 动态移存单元字加 f 静态恥M SRAM六管弧用静态押储单元一1动态RAMDRAM单管“三管动态MOS存储单元一圈定ROM二极管、帅为管口适花傭翌口QhQ可編程ROM FROM三极管嫩3丝八可擦除可编程RomEPROM叠

3、层柵管*雪崩匚电可擦除可编程ROM EEFROM養层栅管.隧道按制造工艺分，有双极型和 MOS型两类。双极型存储器具有工作速 度快、功耗大、价格较高的特点。 MOS型存储器具有集成度高、功 耗小、工艺简单、价格低等特点。按存取方式分，有顺序存取存储器SAM、随机存取存储器RAM 和只读存储器ROM三类。1顺序存取存储器简称SAM:对信息的存入写或取出读 是按顺序进行的，即具有 先入先出或先入后出的特点。2随机存取存储器简称RAM :可在任何时刻随机地对任意一 个单元直接存取信息。根据所采用的存储单元工作原理的不同， 又将 随机存储器分为静态存储器 SRAM和动态存储器DRAM 。 DRAM存储

4、单元结构非常简单，它所能到达的集成度远高于 SRAM 。3只读存储器简称 ROM ：信息被事先固化到存储器内，可以 长期保存，断电也不丧失。它在正常运行时，只能读出信息，而不能 写入。只读存储器有固定 ROM 和可编程 ROM 两类。可编程 ROM 又有一次可编程ROM 简称PROM、光可擦可编程 ROM 简称EPROM、电可擦可编程 ROM 简称EEPROM或E2PROM、快 闪存储器Flash Memory等几种类型。7.2 顺序存取存储器 SAM SAM 主要由动态移存器构成，它在不断刷新的前提下，可以存储大 量数据，但在存取数据时， 必须按先进先出或先进后出的原那么顺序进 行。7.3

5、随机存取存储器 RAM 在 RAM 工作时可以随时从任何一个指定地址读出数据，也可以随时 将数据写入任何一个指定的存储单元中去。它的优点是读、写方便， 使用灵活。 缺点是一旦断电以后所存的数据将随之丧失， 即存在数据 易失性的问题。RAM 由地址译码器、存储矩阵和读写控制电路三局部组成。它能对 任意一个地址单元进行读写操作。RAM 有 SRAM 和 DRAM 两类：(1)SRAM的存储单元为R£触发器，如六管CMOS静态存储单元， 因此不需要刷新；( 2) DRAM 由动态存储单元(三管、单管动态存储单元)构成存储 矩阵。它是利用栅电容C或集成电容Cs来暂存信号的，因此需要不 断刷新

6、。 DRAM 存储单元结构非常简单，它所能到达的集成度远高 于 SRAM 。7.4 只读存储器( ROM )只读存储器属于非易失存储器，断电后存储的数据不丧失。1. 固定(掩模) ROM 芯片在生产厂制造时就把用户需要存储的内容用电路结构固定下来， 使用时无法再改变，只能读出，不能写入。存储单元可以用二极管构 成，也可以用双极性三极管或 MOS 管构成。2. 一次性可编程 ROM ( PROM )PROM 的总体结构与固定(掩模) ROM 相同，所不同的是在芯片出 厂时已经在存储矩阵的所有交叉点上全部制作了存储单元， 存储单元 全为 1(或 0)，用户可用编程器将所需要的内容一次性写入，但一

7、经写入就不能再修改。3. 光可擦可编程 ROM ( EPROM )这种 ROM 具有较大的使用灵活性，它存储的内容不仅可以由用户写 入，而且还能擦去重写，但擦除时需用紫外线对芯片照射；写入时需外加较高的电压，其过程较复杂、费时，所以在正常工作时仍然是只 读不写。4. 电可擦可编程 ROM EEPROM EEPROM 只需在高压脉冲或工作电压下就可以进行擦除，而不需要 借助紫外线照射，所以比 EPROM 更灵活方便，而且它还有字擦除只 擦一些或一个字功能。由于它可以在线改写，可以逐字改写，使其 应用范围逐渐扩大，如在 IC 卡中应用。5. 快闪存储器 Flash Memory 快闪存储器是新一代

8、用电信号擦除的可编程 ROM 。它既具有 EPROM 结构简单、编程可靠的优点，又具有 EEPROM 擦除快捷、集成度高 的特点。由于其集成度高、容量大、本钱低和使用方便，应用日益广 泛，如用于数码相机、 MP3 随身听等。7.5 半导体存储器的主要技术指标1. 存储容量存储容量指存储器所能存放信息的多少， 存储容量越大， 说明它能存 储的信息越多。存储器中的一个根本存储单元能存储 1 bit 的信息， 也就是可以存入一个 0 或一个 1，所以存储容量就是该存储器基 本存储单元的总数。一个内有 8 192 个根本存储单元的存储器，其存 储容量为 8K1K = 210 =1 024；这个存储器假

9、设每次可以读写 8 位二值码，说明它可以存储 1K 个字，每字为 8 位，这时的存储容量 也可以用1KX8位表示。2. 存取时间存储器的存取时间一般用读或写周期来描述，连续两次读取或 写入操作所间隔的最短时间称为读或写周期。读或写周期 短，即存取时间短，存储器的工作速度就高。7.6存储容量扩展方法当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的要求时，就需 要将假设干片ROM或RAM组合起来，形成一个容量更大的存储器。 存储器的扩展主要工作是地址线、数据线和控制线的连接。例7-由8片256M位的存储器，组成1024X8位的存储空间如图 7-6-1所示。/4gCT2 C：译码器01屿CE21*F

10、Ao CE21图7-6-1例7-图O数据总线7.7用ROM实现组合逻辑由于可编程ROM中的地址译码器是个 与阵列，存储矩阵是个或矩阵， 因而在地址端输入逻辑函数的变量，只要对存储矩阵编程就可在 ROM的数据输出端获得任意所需的组合逻辑函数。因此利用可编程 ROM集成片实现组合逻辑以完成各种组合逻辑功能是非常方便实用 的。自我检测题1. 假设存储芯片的容量为128KX8位，问(1) 访问该芯片需要多少位地址？(2) 假定该芯片在存储器中首地址为 A0000H，那么末位地址应为多 少？2. 将一个包含有32 768个根本存储单元的存储电路设计成 4 096个 字节的RAM，该RAM (1)有几根数据线？( 2)有几根地址线？3. 试用 8>4 位 RAM 扩展为(1) 32X4 位 RAM ; (2) 16>8 位 RAM。4. Z=X2Y,其中X、Y均为2位二进制数，试画出Z的PROM阵 列图。5. 多输出组合逻辑电路的输出函数表达式为科(人 B, G D)=另 2,5,67,8,10,12,1114,15)玛=妙叮1234,1习假设用ROM实现该多输出组合逻辑电路，ROM的容量应为多少？画 出阵列图。思考题1. 半导体存