半导体存储器课件

1、第六章 半导体存储器 6.1 概述 6.2 顺序存取存储器（ SAM） 6.3 随机存取存储器（ RAM） 6.4 只读存储器（ROM）第六章 半导体存储器6.1 概述 存储器是存储信息的器件，主要用来存放二进制数据、程序和信息，是计算机等数字系统中不可缺少的组成部分。6.1.1 半导体存储器的特点集成度高，体积小可靠性高，价格低外围电路简单易于批量生产6.1.2 半导体存储器的分类按存取功能，半导体存储器可分为 ：顺序存取存储器SAM(Sequential access memory)。 按器件类型 ，半导体存储器可分为： 双极型存储器和MOS型存储器 只读存储器ROM（Read-only

2、memory ）随机存取存储器RAM（Random access memory）6.2 顺序存取存储器（ SAM） SAM 是一种按顺序串行地写入或读出的存储器，也成为串行存储器，由于SAM的数据是按一定顺序串行写入或读出，所以它实质上就是移位寄存器。 SAM按数据读出的顺序分为先入先出和先入后出型。6.3 随机存取存储器（ RAM）存储单元 存放一位二进制数的基本单元(即位)。存储容量 存储器含存储单元的总个(位)数。存储容量 = 字数（word） 位数（bit） 地址 存储器中每一个字的编号2561，2564 一共有 256 个字，需要 256 个地址10244，10248 一共有 102

3、4 个字，需要 1024 个地址地址译码 用译码器赋予每一个字一个地址N 个地址输入，能产生 2N 个地址一元地址译码(单向译码、基本译码、字译码)二元地址译码(双向译码、位译码) 行译码、列译码6.3.1 RAM 的结构与工作原理存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输入片选读/写控制输入/输出CS R / W I / O 例 对 256 4 存储矩阵进行地址译码一元地址译码D3D2D1D0W0W1W256译码器0 0 1 11 0 1 00 1 1 1A0A1A710.0W11 0 1 08线 256线缺点: n 位地址输入的译码器,需要 2n 条输出线。1 0 1 0二元地址译码Y0Y1

4、Y15A0A1A2A3X0X1X15行译码器A4 A5 A6 A7列译码器Dout4线 16线1 0.01 0 0 8 位地址输入的地址译码器,只有 32条输出线。25 (32) 根行选择线10 根地址线 2n (1024)个地址25 (32)根列选择线1024 个字排列成 32 32 矩阵当 X0 = 1，Y0 = 1 时，对 0-0 单元读(写)当X31 = 1，Y31 = 1时，对 31-31 单元读(写)例 1024 1 存储器矩阵6.3.2 RAM的存储单元(一) 静态存储单元基本工作原理：T5T6T7T8DDXiYiSR位线B位线BT5、T6 门控管控制触发器与位线的连通截止截止导

5、通导通0截止截止01导通导通读操作时:写操作时:T7、T8 门控管控制位线与数据线的连通001MOS管为简化画法T1T3T2T4T5T6T7T8VDDVGGDDXiYi1. 六管 NMOS 存储单元基本RS触发器T1T3T2T4VDDVGG1导通0截止0截止1导通特点：断电后数据丢失2. 六管 CMOS 存储单元T1T3T2T4T5T6T7T8VDDDDXiYiNP特点： PMOS 作 NMOS负载，功耗极小，可在交流电源断电后,靠电池保持存储数据.(二) 动态存储单元1. 四管动态存储单元T5、T6 控制对位线的预充电VDD存储单元T1T2T3T4T5T6T7T8DDXiYi位线B位线BCB

6、CB预充脉冲C1C21导通0截止T3、T4 门控管控制存储单元与位线的连通T7、T8 门控管控制位线与数据线的连通1101若无预充电，在“读”过程中 C1 存储的电荷有所损失，使数据 “1”被破坏，而预充电则起到给 C1 补充电荷的作用，即进行一次刷新。存储单元2. 三管动态存储单元T1T2T3T4写位线CBVDD读位线写字线读字线C读操作:先使读位线预充电到高电平当读字线为高电平时 T3 导通若 C 上存有电荷 (1)使 T2 导通, 则 CB 放电, 使读位变为低电平 (0)若 C 上没有电荷 (0)使 T2 截止, 则 CB 不放电, 使读位线保持高电平 (1)写操作:当写字线为高电平时

7、 T1 导通将输入信号送至写位线，则将信息存储于 C 中6.3.3 RAM 存储容量的扩展(一) 位扩展地址线、读/写控制线、片选线并联输入/ 输出线分开使用如：用 8 片 1024 1 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAMI / O10241(0)A0A1 A9R/WCSI / O10241(1)A0A1A9 R/WCSI / O10241(7)A0A1A9 R/WCSA0A1.A9CSR / W00I0I1I7D0D710O0O1O7D0D7 (二) 字扩展（三）RAM 芯片举例1234567891011122423222120191817161514136116A7A6A5A4A

8、3A2A1 A0D0D1D2GNDVDDA8A9WEOEA10CS D7D6D5D4D3片 选输出使能写入控制输入工作方式I / OCS OE WE A0A10D0D71 0 0 1 稳定0 0 稳定低功耗维持读写高阻态输出输入 6.4 只读存储器（ROM）6.4.1 ROM 的分类分类掩模 ROM可编程 ROM（PROM Programmable ROM）可擦除可编程 ROM（EPROM Erasable PROM）说明:掩模 ROMPROM生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定，不能更改内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改紫外光擦除（约二十分钟）EPROM存储数据可以更改，但改写麻烦，

9、工作时只读EEPROM 或 E2PROM电擦除（几十毫秒）6.4.2 ROM 的逻辑结构与工作原理1. 基本结构一、ROM 的结构示意图地址输入数据输出 n 位地址 b 位数据A0A1An-1D0D1Db-1D0D1Db-1A0A1An-12nb ROM最高位最低位2. 内部结构示意图存储单元数据输出字线位线地址译码器ROM 存储容量 = 字线数 位线数 = 2n b（位）地址输入0单元1单元i 单元2n-1单元D0D1Db-1A0A1An-1W0W1WiW2n-13. 逻辑结构示意图m0A0A1An-1m1mim2n-1译码器Z0(D0)或门Z1(D1)或门Zb-1(Db-1)或门2n个与门

10、构成 n 位二进制译码器 , 输出2n 个最小项。.n个输入变量b 个输出函数或门阵列与门阵列W0(m0)W2(m2)D0=W0+W2=m0+m2二、ROM 的基本工作原理1. 电路组成二极管或门二极管与门W0(m0)+VCC1A111A01VccEND3END2END1END0D3D2D1D0W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)与门阵列(译码器)或门阵列(编码器)位线字线输出缓冲2. 工作原理输出信号的逻辑表达式1A111A01VccEND3END2END1END0D3D2D1D0W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)与门阵列(译码器)或门阵列(编码器)位线输出缓冲字线字线：位线：输出信号的真值表0 00 11 01 10 1 0 1A1 A0D3 D2 D1 D01 0 1 00 1 1 11 1 1 03. 功能说明(1) 存储器(2) 函数发生器地址存储数据输入变量输出函数(3) 译码编码字线编码0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0A1 A00 00 11 01 1输入变量输出函数 第六章 小结1. 随机存取存储器(RAM）组成 ：主要由地址译码器、读/写控制电路和存储矩 阵三部分组成。功能 ：可以随时读出数据或改写存储的数据，并且 读、写数据的速度很快。种类 ：分为静态 RAM 和动态 RAM 。应用 ：多用于经常更换