第七章半导体存储器.ppt

1、第七章 半导体存储器,目录,7.1 概述,7.2 只读存储器( ROM ),7.3 随机存储器( RAM ),7.4 存储容量的扩展,7.5 用存储器实现组合逻辑电路,学习基本要求,熟练掌握 半导体存储器（RAM和ROM）的逻辑功能和使用方法。 正确理解 半导体存储器的电路结构和工作原理。 一般了解 其它类型的存储器件,7.1 概述,半导体存储器是一种能存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。 由于半导体存储器的存储单元数目极其庞大，所以在电路结构上就不可能像寄存器那样把每个存储单元的输入输出直接引出。而是在存储器中给每个存储单元编一个地址，只有被输入地址代码指定的那些单元才能与公共的

2、输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。,7.1 概述,半导体存储器：能存储大量二值信息的器件 一、一般结构形式,二、分类 1、从存/取功能分： 只读存储器(Read-Only-Memory） 在正常工作状态下只能从中读出数据，不能快速地随时修改或重新写入数据。 随机存储器（Random-Access-Memory） 正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。,二、分类 2、从工艺分： 双极型 MOS型,功耗大，速度快，在微机中作高速缓存,功耗小，集成度高；用于大容量存储，如微机中的内存条。,7.2 只读存储器（ROM),只读存储器在数据存入以后，只能读出，不能随意更改；在切

3、断电源以后，信息仍能保存。 根据存储内容的写入方式，ROM又可以分为 掩模ROM 可编程ROM（PROM） 可改写ROM（EPROM）,掩模ROM：掩模ROM中数据在制作时已经确定，不能更改。 可编程ROM（PROM）：PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了。 可改写ROM（EPROM）：EPROM里的数据不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写。,ROM的电路结构,ROM由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。,地址译码器：它的作用是将输入的地址代码译成相应的控制信号，从存储矩阵中把指定的单元选出，将存储的数据送到输出缓冲器。 存储矩阵：由

4、许多存储单元排列而成。存储单元可以是二极管、三极管、MOS管或其它结构。每个存储单元能存放一位二值代码，每一个或一组存储单元有一个对应的地址代码。 输出缓冲器：它的作用有两个：一是提高存储器的带负载能力；二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联结。,ROM的组成结构,7.2.1 掩模只读存储器（ROM） 一、结构,与门阵列,或门阵列,二、举例,D0 Dm,两个概念： 存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元”，存储单元中有器件存入“1”，无器件存入“0” 存储器的容量：“字数 x 位数”,掩模ROM的特点：,出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产 简单，便宜，非易失性,二极管存储矩阵,MO

5、S管存储矩阵,7.2.2 可编程只读存储器（PROM）,PROM在出厂时，已经在存储矩阵的所有交叉点上全部制作了存储元件，相当于在所有存储单元都存入了1（或0）。,在使用时，只要根据要求对那些需要存储0的单元进行一些操作，使这些单元的管子断开就可以了。,PROM总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同,熔丝型PROM的存储单元如右图： 由一只三极管和串在发射极的快速熔丝组成。三极管的be结相当于接在字线和位线之间的二极管。熔丝是用很细的低熔点合金导线制成。当有一定大小的电流流过它时，熔丝就会被烧断。,反熔丝结构PROM中的可编程连接点上的是一个绝缘连接件，未编程时连接件不导通，施加编程电压以后

6、，绝缘被永久击穿，连接点的导线两根被接通。,PROM总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同,写入时，要使用编程器。首先输入地址代码，找出要写入0的单元地址，然后使Vcc和选中的字线提高到编程所需的高电平，同时位线上加入编程脉冲。这时Aw输出低电平、低内阻状态，有较大的脉冲电流流过熔丝将其熔断。,PROM的内容一经写入，就不可更改了，所以它只能写入一次。,7.2.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM）,总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同,二、电可擦除的可编程ROM（E2PROM）,一、用紫外线擦除的PROM（UVEPROM）,三、快闪存储器（Flash Memory）,一、用紫外线擦

7、除的PROM（UVEPROM）,叠栅注入MOS管,充电,放电,读 出,二、电可擦除的可编程ROM（E2PROM）,选通管,存储管,浮栅隧道氧化层MOS管 工作原理,读出状态 擦除（写1） 写入（写0）,三、快闪存储器（Flash Memory） 为提高集成度，省去T2（选通管） 改用叠栅MOS管（类似SIMOS管）,7.3 随机存储器（RAM),随机存储器通常是指能够在存储器中任意指定的地方随时写入（存入）或读出（取出）信息的存储器，也叫读 /写存储器。 根据存储单元的工作原理，RAM分为 静态RAM 动态RAM,SR锁存器+附加门控管,MOS管栅极电容可以存储电荷,7.3.1 静态随机存储器

8、（SRAM）,一、结构与工作原理,SRAM通常由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路组成。,SRAM的组成结构,存储矩阵：由许多存储单元排列而成。每个存储单元能存储1位二值数据。在译码电路和读/写电路的控制下，既可以写入也可以读出数据。,地址译码电路：一般分为行地址译码器和列地址译码器。由它们的输出共同确定要选择的地址单元。,读/写控制电路：用于对电路工作状态的控制。 R/W当读/写控制信号R/W=1时，执行读操作。当读/写控制信号R/W=0时，执行写操作。 CS为0时RAM正常工作；为1时I/O为高阻。,RAM 2114（存储容量 10244 ）,二、SRAM的存储单元,六个N沟道增强型MO

9、S管,静态存储单元是在SR锁存器的基础上附加门控管构成,T1T4:组成基本触发器，用于记忆一位二值代码。,T5T6:行地址控制管，用于控制基本触发器和位线之间的通断。 T7T8:列地址控制管, 用于控制位线和读/写放大器之间的通断。,二、SRAM的存储单元,静态存储单元六个N沟道增强型MOS管组成。,静态存储单元是在SR锁存器的基础上附加门控管构成的。,7.3.2* 动态随机存储器（DRAM）,动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理制成的。,存储单元由一只NMOS管T和一个电容Cs组成。 写操作时，字线给出高电平，使T导通，位线上的数据经过T被存入Cs。 读操作时，字线给出高电平

10、，使T导通， Cs经过T向位线上的电容CB提供电荷，使位线获得读出信号。,单管动态MOS存储单元,破坏性读出，加灵敏放大器,7.4 存储器容量的扩展,当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的要求时，就需要将若干片ROM或RAM组合起来，形成一个容量更大的存储器。,容量的扩展有两种方式： 当一片存储器的字数够用而每个字的位数不够用时，应采用位扩展方式。 当一片存储器的位数够用而字数不够用时，则应采用字扩展方式。 当一片存储器的位数和字数都不够用时，则应结合采用两种扩展方式。,7.4.1 位扩展方式,适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时 方法：将各片的地址线、读写线、片选线共用；

11、IO线分别并行输出。,例：用八片1024 x 1位 1024 x 8位的RAM,7.4.2 字扩展方式,例：用四片256 x 8位1024 x 8位 RAM,适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 方法：将各片的原地址线、读写线、IO线共用； 适当增加地址线，通过译码控制片选端。,例：用四片256 x 8位1024 x 8位 RAM,字扩展方法：各片的原地址线、读写线、IO线共用； 适当增加地址线，通过译码控制片选端。,各片RAM的地址分配,7.4.3 字、位同时扩展方式,例：用642位的RAM扩展成2564位RAM。,适用于每片RAM,ROM位数和字数不够时 方法：先位扩展，再字扩展。

12、,（1）位扩展：2位4位,方法：将各片的地址线、 读写线、片选线共用； IO线分别并行输出。,（2）字扩展：64字256字,方法：各片的原地址线、读写线、IO线共用； 适当增加地址线，通过译码控制片选端。,7.5 用存储器实现组合逻辑函数,如果把n个输入地址变量当作输入逻辑变量，把输出数据当作一组输出逻辑变量，则可用存储器构成任何形式的n变量组合逻辑函数。 这是因为存储器地址译码器的输出包含了输入地址变量的全部最小项，而每个数据输出又都是若干个最小项之和，因而任何形式的组合逻辑函数均能通过向ROM中写入相应的数据来实现。,一、基本原理 从ROM的数据表可见： 若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的逻辑函数,二、举例,化成最小项之和形式,选择244的ROM,ABCD作为4个地址端、 Y1Y2Y3Y4作为数据输出端 Y函数值作为存储单元取值,因为每个输入地址对应一个A、B、C、D的某个最小项，并使地址译码器的一条输出线为1，而位线的输出都是若干字线输出的逻辑或，故可在使输出数据为1的最小项与位线相交的单元上存入数据1，在其它单元上存0。下图是在ROM存储矩阵中存入数据的情况。,画图,圆点表示存储器件,本章小结 半导体存储器是一种能存储大量数据或信号的半导体器件。 半导体存储器电路结