半导体存储器培训课件.ppt

1、数字电子技术基础，湘潭大学信息工程学院吴亚莲编著，7.1概述7.2只读存储器7.3随机存取存储器7.4存储容量的扩展7.5带存储器的组合逻辑功能的实现，第7章半导体存储器，执行摘要，本章系统地介绍了各种半导体存储器的工作原理和应用。主要内容如下：1 .每种存储器的基本工作原理、分类和特点；2.扩展内存容量的方法；3.带记忆的组合逻辑电路的设计原理和方法。总之，半导体存储器是能够存储二进制信息(0，1)的半导体器件，属于大规模集成电路，是进一步提高数字系统功能的重要组成部分。内存的重要指标：存储容量和访问速度。结构特征：一个地址被分配给每个存储单元，并且只有那些由输入地址码指定的单元可以连接到公

2、共输入/输出引脚用于数据读取和写入。半导体存储器按制造工艺可分为： (1)双极存储器(2)金属氧化物半导体存储器。鉴于金属氧化物半导体电路低功耗和高集成度的优点，目前大容量存储器是用金属氧化物半导体工艺制造的。(2)随机存取存储器，(1)只读存储器，半导体存储器可分为：(7)只读存储器，它只能在正常工作条件下读取数据，但不能快速修改或写入数据。优点：电路结构简单，断电数据不会丢失。7。2只读存储器，7。2.1屏蔽只读存储器。只读存储器的电路结构主要由地址解码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。图7.2.1只读存储器的电路结构框图，图7.2.2二极管只读存储器的电路结构图，a1a0，a1a0，A1A0

3、、A1A0、A1、A0、EN，假设：a1a0，a1a0，a1a0，a1，a0，A1A0，A1A0，A1A0，A1A0，A1，A0，A1a0、a1，A0，D3，D2，D1，d0，-VCC，翻译，代码，器件，EN，图7.2.3是使用金属氧化物半导体晶体管的只读存储器矩阵：当字线和位线的交叉点有金属氧化物半导体晶体管时，相当于存储1，当没有金属氧化物半导体晶体管时，相当于存储0。7.2.2可编程只读存储器(PROM)是一种可编程只读存储器，出厂时存储所有“1”。用户可以根据需要将一些单元格重写为“0”，但只能重写一次，这就是所谓的可编程只读存储器。如果保险丝烧断，电池将变为“0”。显然，一旦烧毁，就

4、无法挽回。图7.2.4熔丝型可编程只读存储器(PROM)、7.2.3可擦除可编程只读存储器(e PROM)、EPROM:紫外可擦除可编程只读存储器(缩写为uveprom)、e2prom3360电可擦除可编程只读存储器(e2prom)、闪存(Flash Memory)、1)存储单元堆叠栅金属氧化物半导体晶体管(SIMOS)，原理：写入数据前：浮栅无电子，SIMOS管与普通金属氧化物半导体管相同，导通电压为VT；当写入数据时，应该在漏极和栅极之间施加足够高的电压(例如，25V)，以反向击穿漏极和衬底之间的PN结，从而产生大量高能电子。这些电子通过氧化物绝缘层聚集在浮栅上，这使得浮栅带负电。在浮动栅

5、极有电子之后，控制栅极需要施加更多的正电压来打开管，并且打开电压是VT。1。EPROM:紫外线可擦除只读存储器，1。EPROM:当擦除时，用紫外光照射透明的应时盖板1020分钟，浮栅上的电子形成光电流并放电，其中的所有数据将被擦除，此时，所需数据可由专门的编程人员写入。由于浮栅被绝缘二氧化硅包围，浮栅上的电荷没有放电电路，信息不会丢失。这些储存的信息可以安全地保存20年以上，但是为了防止正常日光下的紫外线辐射，在应时的窗户上贴了一张黑色的纸。2.E2PROM:电可擦可编程只读存储器是在电子顺磁共振的基础上发展起来的，上电时可以按字节擦除和重写，也可以直接在机器上擦除和重写，方便灵活。E2PRO

6、M的内部电路类似于EPROM电路，SIMOS中的结构已经过调整。浮栅延伸区和漏极区之间的薄绝缘层相当于一个隧道二极管(见图7.2.10)，这种金属氧化物半导体管也称为隧道金属氧化物半导体管。E2PROM不需要紫外光激发放电，也就是说，擦除和编程只需通电即可完成，写入电流非常小。原理：利用浮栅是否积累负电荷来存储数据。在d和g直流电压的作用下，漏极电荷通过二极管流向浮栅，使管导通；如果对D和G施加反向电压，浮栅上的电荷将流回漏极，起到擦除作用。擦除电压与工作电压相同。它是20世纪80年代末推出的一种新型存储芯片，它的主要特点是在断电的情况下可以长时间保存信息，并且它是非易失性的，看起来像只读存储

7、器；原则上；但它可以在线快速擦除和重写，其功能类似于随机存取存储器，因此它具有E2PROM和静态随机存取存储器的优点。3.闪存，内部电路类似于电子顺磁共振电路，并在结构上进行了调整。原理：利用浮栅是否积累负电荷来存储数据。写入数据与电子顺磁共振相同；擦除数据，向源极施加正电压以使浮栅放电，并按扇区擦除。闪存有单片机应用和固态硬盘应用，固态硬盘分为两种类型：卡型和磁盘型。闪存卡用于移动计算机，如数码相机、手机、光盘等。闪存固态硬盘，用于在恶劣环境下替换硬盘。读取速度快(约100纳秒)，功耗低，目前重写次数高达100万次，价格接近EPROM。存储容量从几十千字节到几十兆字节不等。体积小，可靠性高，

8、内部无运动部件，无噪音，抗震能力强。它是小型硬盘的替代品。7.3随机存取存储器，也称为读写存储器。随机存取存储器的特点是，它可以在任何时间从存储器的任何指定地址读取数据，并在操作期间的任何时间将数据写入任何指定的存储单元。按照存储机制，主要分为静态内存和动态内存；静态和动态随机存取存储器是易失性存储器，当电源电压中断时，存储的内容会丢失。7。3.1静态随机存取存储器(SRAM)，(1)存储器矩阵：存储器容量=字长，例如具有4096个存储单元的10244存储器。它可以被设计成6464的矩阵。(2)地址解码：存储单元中的每个字都有一个唯一的地址，地址解码器用于选择地址。在大容量存储器中，一般采用双

9、解码结构：行地址解码器和列地址解码器，存储器容量是指每个存储芯片可以存储的二进制数的位数。行地址解码器，行选择线，列地址解码器，列选择线，1024 4(64 16 4)存储器的地址线：6行地址线：(A8A7A6A5A4A3)，4列地址线： (A9A2A1A0)，解码产生64行选择线，解码产生16列选择线，例如A9A8，图7 . 3 . 2 1024 4位随机存取存储器(2114)的框图，2。静态存储单元：1。介绍了静态ram存储单元：的工作原理。增强型NMOS晶体管T1和T2、T3和T4构成ba静态随机存储器的特点是数据由触发器存储！1、T5和T6是栅极控制，它们由字线W1、Wi1、W3打开或

10、关闭，否则，它们被关闭。两管导通；当门控管T5和T6打开时，可以执行“读取”或“写入”。1、Wi、D、I/O、R/W、1、2、3、T2、T3、T4、T5、T6、T1、字线、数据线、R/W控制功能：当门2处于高阻抗状态时，0、三态门1和3打开，0、0，以便I/O信号可以通过发送到数据线，D，D，I/O，R/W，1，2，3，T2，T3，T4，T5，T6，T1，字线，数据线，R/W的控制功能：门1和3处于高阻抗状态，1，门2打开，1，数据线上的信号被1、*7.3.2动态随机存取存储器(DRAM)，为了减少MOS管的数量、提高集成度和降低功耗，出现了动态随机存取存储器器件。常见的动态随机存取存储器单元

11、包括三管和单管动态存储电路。见图7.3.7和图7.3.8。在动态随机存储器中存储数据的原理是基于金属氧化物半导体管栅电容的电荷存储效应。也就是说，信息的存储依赖于电容器，并且因为电容器将逐渐放电，所以有必要不断地读取和重写动态随机存取存储器，这被称为刷新。静态随机存储器(SRAM)的存储电路基于双稳态触发器，具有稳定的状态，只要不掉电，信息不会丢失，但集成度低。动态随机存取存储器(DRAM)，存储单元电路是基于电容的，电路简单，集成度高，功耗低，并且由于电容泄漏需要定期刷新。小结，7.4内存容量扩展，(1K4)，(2K8)，7.4.1位扩展模式，使用两片2114(1024 4)形成1024 8

12、，只要地址线和控制线并联，实现这个目标的方法非常简单，示例性布线如下：7.4。(2)要访问RAM2114，只需要10条地址线，还有两条地址线；(3)尝试使用剩余的两条地址线来控制2114的四个芯片选择端子。以10244 (4块2114)构成40964为例，介绍了这类问题的解决方法。4096 4的存储容量由4块随机存取存储器2114、A11、A10、所选的块号、相应的存储单元地址、00、11、10、01、2114 (1)、2114 (2)、2114 (3)、2114 (4)、00 00000000 3072、4095、CS、R/W、A9、A0、D2、D1、D0、D3、CS、R/W、A9、 并且数据输出的每一位都是几个最小项的和，因此任何形式的组合逻辑功能都可以通过将相应的数据写入只读存储器来实现。 例如，左表是只读存储器的数据表。如果地址输入A1和A0被视为输入变量B和A，输出数据D3、D2、D1和D0被视为输出变量Y3、Y2、Y1和Y0，则只读存储器实现一组双变量多输出组合逻辑功能。例7.5.1试只读存储器设计一个八段字符显示解码