第八章半导体存储器和可编程逻辑器件

数字电子技术基础

张华133929598058.2随机存取存储器（RAM）8.1只读存储器（ROM）8半导体存储器和可编程逻辑器件基本要求：掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址等基本概念。正确理解RAM、ROM的工作原理了解半导体存储器的存储单元的组成及工作原理。掌握RAM、ROM的典型应用。8半导体存储器和可编程逻辑器件

只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。且只能读出，不能随时写入。工作时，将一个给定的地址码加到ROM的地址输入端，便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数据。8.1只读存储器（ROM）按存贮矩阵中器件类型

固定ROM--PROM--EPROM--FlashMemary--E2PROM--二极管ROM三极管ROMMOS管ROM按写入方式厂家装入数据，永不改变用户装入，只可装一次，永不改变用户装入，紫外线擦除用户装入，电可擦除高集成度，大容量，低成本,使用方便。存储矩阵三态缓冲器

地址译码器数据输出地址输入

固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲器三部分组成。字线容量=字线×位线位线8.1只读存储器（ROM）存储或矩阵字线位线二极管ROM—以4×4为例存储单元译码与矩阵输出缓冲器任何时刻只有一根字线为高电平。

有一种可编程序的ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,但是，只能改写一次，称为PROM。字线位线熔断丝

若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。可编程ROM（PROM）8.1只读存储器（ROM）可擦除可编程ROM（EPROM）

当浮栅上带有负电荷时，则衬底表面感应的是正电荷，这使得MOS管的开启电压变高，如果给控制栅加上同样的控制电压，MOS管仍处于截止状态。SIMOS管利用浮栅是否累积有负电荷来存储二值数据。存储单元采用N沟道叠栅管(SIMOS)。其结构如下：写入数据前，浮栅不带电荷，要想使其带负电荷，需在漏、栅级上加足够高的电压25V即可。若想擦除，可用紫外线或X射线，距管子2厘米处照射15-20分钟。

当浮栅上没有电荷时，给控制栅加上控制电压，MOS管导通.8.1只读存储器（ROM）与EPROM的区别是：浮栅延长区与漏区N+之间的交叠处有一个厚度约为80A(埃)的薄绝缘层。隧道MOS管E2PROM可用电擦除信息，以字为单位，速度高，可重复擦写1万次。8.1只读存储器（ROM）（1）用于存储固定的数据、表格（2）码制变换ROM的简单应用（3）用户程序的存贮（4）构成组合逻辑电路8.1只读存储器（ROM）例1用ROM实现十进制译码显示电路。8.1只读存储器（ROM）m0m1m2m9……例2用ROM实现逻辑函数。2/4线译码器A1A0m0m1m2m3D0D1D2D38.1只读存储器（ROM）例3电路如图，试画出F波形CPROM二进制加法计数器Fm0m1m2m3m4m5m6m7Q0Q1Q28.1只读存储器（ROM）8.2.1RAM的结构与工作原理*8.2.3RAM举例8.2.2RAM存储容量的扩展RAM存储单元（SRAM、DRAM）RAM的基本结构

字长（位数）的扩展

字数的扩展8.2概述8.2随机存取存储器（RAM）

RAM是随机存取存储器，在任意时刻，对任意单元可进行存/取（即：读/写）操作。RAM特点:灵活－程序、数据可随时更改；易失－断电或电源电压波动,会使内容丢失。

ROM是只读存储器，在正常工作状态只能读出信息，不能随时写入。ROM特点：非易失性－信息一旦写入，即使断电，信息也不会丢失，具有非“易失”性特点。常用于存放固定信息（如程序、常数等）。编程较麻烦－需用专用编程器。8.2随机存取存储器（RAM）

存储矩阵用于存放二进制数，一个单元放一位，排列成矩阵形式。存储矩阵读/写控制电路

地址译码器数据输入/输出地址输入控制信号输入(CS、R/W)

读/写控制电路完成对选中的存储单元进行读出或写入数据的操作。把信息存入存储器的过程称为“写入”操作。反之，从存储器中取出信息的过程称为“读出”操作。

地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码，以便唯一地选择存储矩阵中的一个存储单元。1.RAM的基本结构8.2随机存取存储器（RAM）结构与工作原理

例如：容量为256×1的存储器8根列地址选择线32根行地址选择线32×8=256个存储单元译码方式单译码双译码---n位地址构成2n

条地址线。若n=10，则有1024条地址线---将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。若给出地址A7-A0=00100001，将选中哪个存储单元读/写？8.2随机存取存储器（RAM）结构与工作原理图8.2.5

若容量为256×4的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0，但其数据线有4根，每字4位。8根列地址选择线32根行地址选择线1024个存储单元

若给出地址A7-A0=00011111，哪个单元的内容可读/写？

8.2随机存取存储器（RAM）结构与工作原理1.位数（字长）的扩展D0D1

D2

D3D12D13D14D15

位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。即地址线、读/写线、片选信号对应并联，各芯片的I/O口作为整个RAM输入/出数据端的一位。例1用4K×4位的RAM扩展为4K×16位的RAM···CS┇A11A0···R/WR/WCSA0A114K×4位（1）I/O0I/O1I/O2I/O3R/WCSA0A114K×4位（4）I/O0I/O1I/O2I/O3······┇┇8.2随机存取存储器（RAM）存储容量的扩展即该芯片8K×8功能框图2.字数的扩展

字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。假设某芯片的存储容量为：8K×8（即8192字×8位）。数据线共有：地址线共有：13根（A12~A0）8根（D7~D0）8.2随机存取存储器（RAM）存储容量的扩展2.字数的扩展图8.1.10(I)(II)(III)(IV)芯片74139有效输出端A14A13IY000IIY101IIIY210IVY311例2将8K×8位的RAM扩展为32K×8位的RAM

8.2随机存取存储器（RAM）存储容量的扩展8.2.1集成2kB×8位RAM6116写入控制端片选端输出使能端123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图故其容量为：1024字×4位（又称为1K×4）RAM2114共有10根地址线，4根数据线。8.2随机存取存储器（RAM）集成电路

该芯片是摩托罗拉公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。8.2随机存取存储器（RAM）集成电路随机存取存储器（RAM）可以在任意时刻、对任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，RAM最大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，