数字电路 康华光(第五版)半导体存储器

1、半导体存储器,半导体存储器（简称存储器）是一种能存储大量二值信息或数据的半导体器件。 对存储器的操作（也称为访问）通常分为两类：读操作和写操作。 读操作是从存储器中取出其存储信息的过程； 写操作是把信息存入到存储器的过程。 存储器的技术指标包括存储容量、存取速度、可靠性、功耗、工作温度范围和体积等。,一、概述,存储容量（M)：存储二值信息的总量。,字数：字的总量。,字长（位数）：表示一个信息多位二进制码称为一个字， 字的位数称为字长。,M字数位数,地址：每个字的编号。,字数 = 2n （n为存储器外部地址线的线数）,例如：一个内有8192个基本存储单元的存储器，其存储容量为8Kbit（1K=2

2、10=1024）； 如果这个存储器每次可以读（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1K8位来表示。,一、概述,半导体存储器的分类 按读写功能分为：只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和随机存储器（Random Access Memory，RAM）。 按在计算机系统中的作用分为：主存储器（内存）、辅助存储器（外存）和高速缓冲存储器。 按信息的可保存性分为： 易失性存储器和非易失性存储器。 易失性存储器在系统关闭时会失去存储的信息，它需要持续的电源供应以维持数据。大部分的RAM都属于此类。 非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息

3、，如ROM半导体存储器、磁介质或光介质存储器。,一、概述,只读存储器 在正常工作状态时，内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。(Read-Only Memory),1、ROM的分类,按写入情况划分,固定ROM（掩膜ROM）,可编程ROM,可编程ROM（PROM）,可擦除PROM（EPROM）,电可擦除PROM（E2PROM）,按存贮单元中器件划分,二极管ROM,三极管ROM,MOS管ROM,二、只读存储器,快闪存储器（FLASH）,固定ROM所存储的数据已由生产厂家在制造时用掩模板确定，用户无法进行更改，所以也称掩模编程ROM。 PROM在出厂时，存储内容全为1或全为0，用户根据自己

4、的需要进行编程，但只能写入一次，一旦写入则不能再修改。 EPROM具有较强的灵活性，它存储的内容既可按用户需要写入，也可以用紫外线或X射线照射1520min擦除其全部内容后，重新写入。 E2PROM包括的PROM、电信号擦除PROM和快闪存储器。,2、ROM的基本结构,二极管ROM,存储 矩阵,位线,字线,输出控制电路,M=44,地址译码器,字线与位线的交点都是一个 存储单元。交点处有二极管 相当存1，无二极管相当存0,二极管ROM,行线,存储 矩阵,列线,行线与列线的交点都是一个存储单元。 交点处有MOS管相当存0，无MOS管相当存1。,3、二维译码,该存储器的容量=?,4、集成电路ROM,

5、AT27C010,128K8位ROM,5、ROM的读操作与时序图,（2）加入有效的片选信号 ；,（3）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；,（4）让片选信号 或输出使能信号 无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。,（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；,（1） 用于存储固定的专用程序。,（2） 利用ROM可实现查表或码制变换等功能。,（3）由于ROM是一种组合逻辑电路，因此可以用它来实现各种组合逻辑函数，特别是多输入、多输出的逻辑函数。,6、ROM的应用举例,利用ROM可实现查表或码制变换等功能,查表功能 查某个角度的三角函数,把变量值（角度）作为

6、地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为 “造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。,码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。,6、ROM的应用举例,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路,C=A4,I3 I2 I1 I0=A3A2A1A0,O3O2O1O0=D3D2D1D0,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路,利用ROM实现组合逻辑电路,6、ROM的应用举例,设计方法： 列出其真值表或将表达式转换成最小项表达式； 将ROM地址线作为输入，数据线作为输出，根据表达式接入存储器件。,

7、例：用ROM实现以下多输出函数，并画出其存储矩阵连接图。,4个输入变量和4个输出变量， 可选用244位的ROM来实现该电路。,将函数变换成最小项表达式,画出ROM存储矩阵连接图,三、随机存取存储器,随机存取存储器RAM，又称为读写存储器。 在工作过程中，既可从RAM的任意单元读出信息，又可以把外部信息写入任意单元。,SRAM的数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能保存，但其集成度受到限制。 SRAM速度非常快，但其价格较贵。 DRAM一般采用MOS管的栅极电容来存储信息，必须由刷新电路定期刷新。 SRAM集成度高，但速度比SRAM慢。,1、SRAM,读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。

8、 当读/写控制信号为高电平时，执行读操作； 当读/写控制信号为低电平时，执行写操作。,RAM 的工作模式,SRAM的存储单元,双稳态存储单元电路,来自列地址译码器的输出,来自行地址译码器的输出,T1、T2和T3、T4组成的基本SR锁存器，用以存储二值信息。 T5、T6、T7和T8为门控管。 当X、Y都为1时，门控管导通，此单元被选中，并与数据线接通，可以执行读/写操作。,静态存储单元存在的问题： 1）是靠锁存器来存储数据的，功耗较大。 2）由于每个单元要用多个管子，芯片的面积较大。 为提高集成度、减小芯片尺寸、降低功耗，常利用MOS管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器，以构成动态MOS存储单元。,T,存储单元,写操作:X=1 =0,T导通，电容器C与位线B连通,输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元,如果DI为1，则向电容器充电，C存1;反之电容器放电,C存0 。,2、DRAM,读操作:X=1 =1,T导通，电容器C与位线B连通,输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出。,每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。,T,2、DRAM,四、存储器容量的扩展,位扩展可以利用芯片的并联方式实现。,1、字长（位数）的扩展用4K4位的芯片组成4K16位的存储系