计算机组成原理第三章第4讲只读存储器和闪速存储器

1、只读存储器和闪存，3.4只读存储器和闪存，1。只读存储器叫做只读存储器。顾名思义，只读意味着当它工作时只能被读取而不能被写入。但是，存储在其中的原始数据必须在工作之前写入。只读存储器因其运行可靠和保密性强而被广泛应用于计算机系统中。3.4只读存储器主要有两种类型：屏蔽只读存储器：屏蔽只读存储器实际上是一种具有固定存储内容的只读存储器，产品由制造商提供。可编程只读存储器：内容可以由用户稍后编写，有些可以编写多次。一次性可编程只读存储器、多次可编程只读存储器和可编程只读存储器。3.4只读存储器和闪存，1。掩模只读存储器的阵列结构和存储单元，晶体管(金属氧化物半导体管)，结构的示意性分析：金属氧化物

2、半导体管对于存储1是打开的，但是对于存储0不是打开的。单一解码结构，3.4只读存储器和闪存，2。屏蔽只读存储器的逻辑符号和内部逻辑框图，3。可编程只读存储器：一次性可编程只读存储器。勘误表：P79，倒数第二行：可读只读，3.4只读存储器和闪存，EPROM被称为光学可擦除可编程只读存储器。可以根据需要写入其存储内容，当需要更新时，可以擦除原始存储内容，然后写入新内容。现在，以具有浮栅雪崩注入金属氧化物半导体管作为存储单元的EPROM为例，其结构如图所示。3.4只读存储器和闪存。现在，以具有浮栅雪崩注入金属氧化物半导体管作为存储单元的电子顺磁共振为例，其结构如图(a)所示，图(b)是电路符号。如果

3、通过向漏极端子D施加几十伏的脉冲电压，沟道中的电场足够强，它将引起雪崩并产生许多高能电子。此时，如果正电压被施加到G2栅极以形成垂直于沟道的电场，则沟道中的电子可以穿过氧化物层并被注入到G1栅极中，从而导致G1栅极积累负电荷。因为G1门被绝缘的二氧化硅层包围着，所以漏电流非常小，所以一旦电子被注入G1门，它们就可以储存很长时间。3.4只读存储器和闪存，当G1门有电子积累时，金属氧化物半导体晶体管的导通电压变得非常高，即使G2门处于高电平，金属氧化物半导体晶体管仍然不能导通，这相当于存储“0”。相反，当G1门没有电子积累时，金属氧化物半导体晶体管的导通电压较低，当G2门为高电平时，晶体管可以导通

4、，相当于存储“1”。图(d)为读出时的电路，采用二维解码方式：X地址解码器的输出xi与G2栅极相连，决定是否选择T2管；y地址解码器的输出端yi与T1管的栅极相连，以控制其数据是否被读出。只有当芯片选择信号CS处于高电平时，即当芯片被选择时，数据才能被读出。3.4只读存储器和闪存。该设备上方有一个应时窗口，如图(c)所示。当G1浮栅被具有较高光子能量的紫外光照射时，G1中的电子获得足够的能量穿过氧化层并返回到衬底，如图(e)所示。这样，浮栅上的电子可以消失，存储的信息可以被擦除，这相当于将所有“1”都存储在存储器中。3.4只读存储器和闪存。该EPROM在出厂时处于全“1”状态，用户可以根据需要

5、写“0”。用于写入“0”的电路如图(f)所示。xi和yi选择线处于高电位，大于20伏的正脉冲以0.11毫秒的脉冲宽度施加到p端.EPROM允许多次覆盖。要清除它，使用距离为2厘米的40W紫外线灯几分钟。3.4只读存储器和闪存，E2PROM存储单元EEPROM，称为电可擦可编程只读存储器。存储单元是具有两个栅极的NMOS晶体管，如图(a)和(b)所示，G1是控制栅极，其是没有引线的浮栅；G2是擦除门，它有引线。在G1栅和漏极D之间有一个很小面积的氧化层，它非常薄，可以产生隧道效应。如图(c)所示，当20V的正脉冲P1施加到G2栅极时，电子从衬底注入到G1 flo在使用中，一些存储元素可以根据需要

6、写成“0”。写“0”电路，如图(d)所示。20V的正脉冲p2施加到漏极d，G2的栅极接地，并且浮动栅极上的电子通过隧道返回到衬底，这相当于写“0”。E2PROM允许重写数千次，重写(写前擦除)大约需要20毫秒，数据可以存储20年以上。读取E2PROM的电路如图(e)所示。此时，3V的电压被施加到G2栅极。如果G1门中有电子积累，T2管就不能导电，这相当于存储“1”；如果在G1门没有电子积累，T2管被打开，这相当于“0”。3.4只读存储器和闪存、4 .闪存(即闪存)，其具有大量比特的存储容量。非易失性意味着存储的数据可以在没有电源的情况下长时间存储。闪存也被翻译成闪存，它兼有随机存取存储器和只读

7、存储器的优点，是存储技术的一个划时代的进步。闪存的特点：固有的非易失性：断电后信息不会丢失。廉价和高密度：与动态随机存取存储器相比，相同容量的闪存的位成本是相似的。可执行性：闪存可以直接与中央处理器连接，大大提高了程序和文件的访问速度。固态：闪存是一种低功耗、高密度、无机电设备的半导体器件，特别适合便携式系统应用。3.4只读存储器和闪存，闪存元件是在EPROM存储元件的基础上发展起来的，从中我们可以看出创新和继承的关系。如右图所示，闪存中的存储单元由单个金属氧化物半导体晶体管组成，除了漏极D和源极S之外，该晶体管还具有控制栅极和浮动栅极.3.4只读存储器和闪存，“0”状态：当控制栅极被施加足够

8、的正电压时，浮动栅极将存储许多带负电荷的电子，这意味着在浮动栅极上有许多负电荷。在这种情况下，我们定义存储单元处于0状态。“1”状态：如果正电压没有施加到控制栅极，则浮动栅极只有少量电子或者没有电荷，这被定义为存储单元处于1状态。浮动栅极上的电荷量决定施加到栅极的控制电压是否能够在读取操作期间导通金属氧化物半导体晶体管并产生从漏极到源极的电流。3.4只读存储器和闪存，编程操作：它实际上是一个写操作。所有存储单元的原始状态都处于“1”状态，因为在擦除操作期间没有正电压施加到控制栅极。编程操作的目的是向存储单元的浮栅补充电子，使得存储单元可以被重写为“0”状态。如果存储单元保持在“1”状态，则控制

9、栅极不被提供正电压。如图(a)所示，存储单元在编程操作期间写入0和1。事实上，当编程时，只写入0，而不是1，因为擦除后存储单元的原始状态都是1。为了写入0，正电压被施加到控制栅极C.一旦存储单元被编程，存储的数据可以在没有外部电源的情况下保持100年。3.4只读存储器和闪存，读取操作：控制栅极加正电压。浮栅上的负电荷量将决定金属氧化物半导体晶体管是否可以导通。如果存储单元具有1，则可以认为浮动栅极不是负的，并且控制栅极上的正电压足以导通晶体管。如果存储单元最初存储为0，则可以认为浮动栅极带负电荷，控制栅极上的正电压不足以克服浮动栅极上的负电荷，并且晶体管不能被导通。当金属氧化物半导体晶体管导通时，电源VD从漏极D向源极S提供电流.如果读出电路检测到电流，则意味着存储单元中有1。如果读出电路没有检测到电流，这意味着存储单元中有0，如图(b)所示。3.4只读存储器和闪存、擦除操作：所有存储单元中浮动栅极上的所有负电荷都应该被放电。正电压被施加到该晶体管的源极s，这正好与编程操