9半导体存储器.ppt

1、7 半导体存储器,教学内容,存储器的基本结构、分类、特点及工作原理； 熟练掌握存储器的功能、容量扩展和使用方法； 熟练掌握用ROM实现组合逻辑函数。,教学重点,各类存储器的特点； 存储器容量扩展及利用存储器实现组合逻辑函数。,7.1 概述,1. 存储器 定义：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。 用途：在计算机或数字系统中存储数据 。 触发器、寄存器、存储器的区别：,随机存储器RAM （Random Access Memory）,按功能,只读存储器ROM（Read- Only Memory）,2. 分类：,掩模ROM,可编程ROM（PROM）,(Programmable ROM),

2、(Erasable PROM),ROM,可擦除可编程ROM（EPROM）,UVEPROM,EEPROM,Flash Memory,电可擦除(Electrically),紫外线擦除 (Ultra-Violet),快闪存储器,7.1 概述,静态存储器SRAM (Static RAM),动态存储器DRAM (Dynamic RAM),还可以按制造工艺分为双极型和MOS型两种。,3. 主要指标：,存储容量: 用字数位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为109位/片。,RAM,存取速度：用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器的存取时间仅有10ns左右。,7.1 概述,存储容量、存取速度。

3、,一、 ROM的构成,7.2 只读存储器ROM,ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成，其基本结构如图所示。,存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。,存储单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构成，存放1位二值代码。,地址译码器：根据地址输入，从存储矩阵中选出指定的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。,输出缓冲器：提高带负载能力；同时提供三态控制，以便和系统的总线相连。,7.2 只读存储器ROM,ROM的基本结构,字线,位线,存储单元可以由二极管、双极型三极管或者MOS管构成。每个存储单元可存储1位二值信息（“0”或“1”）。,按“字”存放、读取数据，每个“字”由若干个存储

4、单元组成，即包含若干“位”。字的位数称为“字长”。,每当给定一组输入地址时，译码器选中某一条输出字线Wi，该字线对应存储矩阵中的某个“字”，并将该字中的m位信息通过位线送至输出缓冲器进行输出。,存储器的容量字数位数2nm位,二、掩模只读存储器,又称为固定ROM。出厂时，厂家已经按用户要求将存储数据“固化”在存储器中，用户无法进行任何修改。使用时，只能读出，不能写入。,7.2 只读存储器ROM,二四线译码器,字线，A1,A0的某个最小项,位线,以2位地址输入和4位数据输出的ROM为例，其地址译码器是四个二输入的二极管与门，存储矩阵是四组二极管或门。,7.2 只读存储器ROM,1. 二极管ROM,

5、制作芯片时，若在某个字中的某一位存入“1”，则在该字的字线与位线之间接入二极管，反之，就不接二极管。,1. 二极管ROM,7.2 只读存储器ROM,地址译码器实现地址码的与运算，每条字线对应一个最小项。,1. 二极管ROM,7.2 只读存储器ROM,存储矩阵实现字线的或运算。,地址与存储数据对应关系表,7.2 只读存储器ROM,2. MOS管ROM,7.2 只读存储器ROM,当某一字线上为高电平，使接在这根字线上的MOS管导通，并使与这些MOS管漏极相连的位线为低电平，经输出缓冲器反相后，在数据输出端得到高电平输出为1.,1,0,0,1,1,0,1,产品出厂时存的全是1，用户可一次性写入，即把

6、某些1改为0。但不能多次擦除。,存储单元多采用熔丝低熔点金属或多晶硅。写入时设法在熔丝上通入较大的电流将熔丝烧断。,编程时VCC和字线电压提高,7.2 只读存储器ROM,三、可编程只读存储器PROM,用户对PROM编程是逐字逐位进行的。首先通过字线和位线选择需要编程的存储单元，然后通过规定宽度和幅度的脉冲电流，将该存储管的熔丝熔断，这样就将该单元的内容改写了。,16字8位的PROM,十六条字线,八条位线,读出时，读出放大器AR工作，写入放大器AW不工作。,写入时，在位线输入编程脉冲使写入放大器工作，且输出低电平，同时相应的字线和VCC提高到编程电平，将对应的熔丝烧断。,缺点：不能重复擦除。,1

7、. 紫外线擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术，可通过紫外线照射而被擦除，可重复擦除上万次。,3. 快闪存储器（Flash Memory）。也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入110万次之间。,2. 电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也是采用浮栅技术，用电擦除，可重复擦写，并且擦除的速度要快的多。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写。,7.2 只读存储器ROM,四、可擦除的可编程只读存储器（EPROM）,ROM的基本特点：在工作过程中只能读

8、出不写入，断电后已存的信息不会丢失。 ROM适于在计算机和其它数字系统中存储系统软件、应用程序、表格、常数等信息,7.2 只读存储器ROM,五、ROM的特点及应用, ,断电后存储的数据随之消失，具有易失性。,特点： 可随时读出，也可随时写入数据；,根据存储单元的工作原理不同，RAM分为静态RAM和动态RAM。,静态RAM:（基本RS触发器构成） 优点:数据由触发器记忆,只要不断电,数据就能永久保存。,缺点:存储单元所用的管子数目多,功耗大,集成度受到限制。,动态RAM:（利用MOS栅极电容的电荷存储效应构成）,优点:存储单元所用的管子数目少,功耗小,集成度高。,缺点:为避免存储数据的丢失,必须

9、定期刷新。,7.3 随机存储器（RAM）,（一）静态随机存储器(SRAM)的基本结构,SRAM主要由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分组成.,RAM的基本结构,存储容量字数位数 2nm位,1024字4位（2114）,SRAM结构,1.六管NMOS静态存储单元,（二）静态RAM的存储单元,=1,=1,0,0,0,1,基本RS触发器,1.六管NMOS静态存储单元,（二）静态RAM的存储单元,=1,=1,0,1,1,0,2.六管CMOS静态存储单元,3.双极型静态存储单元,位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。 各地址线、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

10、据端的一位。,1. 位扩展方式增加I/O端个数,用10241 位的RAM扩展为10248 位RAM,八片,7.4 存储器容量的扩展,2. 字扩展方式增加地址端个数,例：用2568 位的RAM扩展为10248 位RAM。,分析：N=4,25628，每片有8条地址线；,1024210，需要10条地址线；,所以，需要增加2条高位地址线来控制4片分别工作，即需要一个2-4线译码器。,用2568 位的RAM扩展为10248 位RAM的系统框图,ROM地址与存储数据对应关系表,ROM的每个输出都是由地址输入的最小项之和的形式给出的，因此可以用来实现组合逻辑函数。,例：用ROM实现由8421-BCD码到七段显示器的译码器。