第六部分半导体存贮器、可编程器件

1、2022-3-28第1页 第六部分第六部分 半导体存储器半导体存储器6.1 概述1.什么是半导体存储器？存储大量二进制数据的大量二进制数据的半导体器件。2. 半导体存储器分类按功能，存储器分为：按功能，存储器分为：双极型双极型只读存储器（只读存储器（ROM）随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）顺序存取存储器（顺序存取存储器（SAM）静态存储器（静态存储器（SRAM）动态存储器（动态存储器（DRAM）在制造工艺上分类：在制造工艺上分类：MOS型型2022-3-28第2页6.2 只读存储器只读存储器（ROM） 各种存储器中结构最简单的一种。在正常工作时它存储的数据是固各种存储器中结构最简单的一

2、种。在正常工作时它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能随时写入，故称只读存储器。定不变的，只能读出，不能随时写入，故称只读存储器。1.分类：分类： 使用的器件类型使用的器件类型: 二极管二极管ROM双极型三极管双极型三极管ROM MOS管管ROM 数据的写入方式数据的写入方式:固定固定ROM：无法更改，出厂时已定：无法更改，出厂时已定可编程可编程ROM（PROM）：用户只可写入一次）：用户只可写入一次可擦可编程可擦可编程ROM（EPROM）：可写可擦，但费时长，操作复杂）：可写可擦，但费时长，操作复杂电抹可编程电抹可编程ROM（E2PROM）:电可擦电可擦2022-3-28第3页2. 电路结

3、构框图电路结构框图n线线-2n线译码器线译码器地址输入容量概念：容量概念：“字字”线：只有一个线：只有一个有效有效“位位”线：数据线线：数据线地址线：地址线：A0A1.An-10单元1单元2n-1单元W0W1.D0D1Db-1数据输出地址译码器存储矩阵输出缓冲器OE三态三态控制控制12nW容量容量=字字位位b2n（bits）例例 EPROM 27256共有15位地址，8位输出，其容量：K256)bits(2621448215注意：注意：1k=1024 1M=1024K 1G=1024M2022-3-28第4页一.二极管ROM存存储储矩矩阵阵 地址地址译码器译码器ENA1A0VCCW0W1W2W

4、3D3D2D1D0D3D2D1D0或阵或阵与阵与阵6.2.1固定固定ROM地址译码器：地址译码器：2-4译码器译码器)11()10()01()00(01013010120101101010AAAAWAAAAWAAAAWAAAAW存储矩阵：存储矩阵： 接入二极管为接入二极管为1地址地址 数数 据据A1A0D3D2D1D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0100313WWDWWD 存储矩阵实现存储矩阵实现“或或”功能：功能： “或或阵阵”实现实现“与与”功能：功能：与阵与阵2022-3-28第5页W0W1W2W3D3D2D1D0VDD交叉点处接有交叉点

5、处接有MOS管时相当于存管时相当于存1，没有，没有MOS管时相当于存管时相当于存0。交叉点的数目称为存储单元数，用。交叉点的数目称为存储单元数，用4（字数）（字数）4（位数）（位数）表示。表示。三三、固定、固定ROM特点：电路结构简单，集成度高特点：电路结构简单，集成度高二. NMOS管存储矩阵管存储矩阵“字字”线线2022-3-28第6页6.2.2 PROM存储矩阵示意图：存储矩阵示意图：出厂时：全出厂时：全1写入数据时：将需写入数据时：将需存入存入0的单元上的熔断丝断。有专用设备的单元上的熔断丝断。有专用设备-编程器。编程器。只能写一次只能写一次2022-3-28第7页6.2.3 可擦除的

6、可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器一、一、EPROM （紫外线擦除）（紫外线擦除）1.FAMOS：栅极：栅极“浮置浮置”在在SiO2内，处于绝缘的状态。内，处于绝缘的状态。 2. 出厂时全出厂时全“1”写写0 时：利用雪崩击穿，采用特殊的雪崩将电荷注入时：利用雪崩击穿，采用特殊的雪崩将电荷注入MOS管的管的“浮置栅浮置栅”，使，使FAMOS导通。导通。3.擦除方式：紫外线照射，擦除方式：紫外线照射，使使“浮置栅浮置栅”放电放电。注意：编程后，用黑色胶布将擦除窗口封住。注意：编程后，用黑色胶布将擦除窗口封住。合二为一：叠栅注入合二为一：叠栅注入MOS管。管。允许改写几百次允许改写几百次20

7、22-3-28第8页二、二、EP2ROM （电擦除）（电擦除）利用隧道效应，控制浮置栅的充、放电。利用隧道效应，控制浮置栅的充、放电。允许改写上万次，基本上没有次数限制。允许改写上万次，基本上没有次数限制。2022-3-28第9页三、三、Flash Memory:快闪存储器快闪存储器方法：方法： 采用特殊的单管叠栅采用特殊的单管叠栅MOS管，写入管，写入用雪崩注入，擦除利用隧道效应用雪崩注入，擦除利用隧道效应擦除方式：加电擦除方式：加电特点：特点：擦除操作简单，集成度高，容量大擦除操作简单，集成度高，容量大2022-3-28第10页方法：方法：“查找表查找表”，将真值表存于将真值表存于ROM中

8、。中。【例】【例】 用一个用一个ROM实现二进制码到格雷码的转换实现二进制码到格雷码的转换表表 1 1. .4 4 格格雷雷码码与与二二进进制制码码关关系系对对照照表表 二二进进制制码码 格格雷雷码码 十十进进制制数数 （最最小小项项） 二二进进制制码码 格格雷雷码码 十十进进制制数数 （最最小小项项） B3B2B1B0 R3R2R1R0 B3B2B1B0 R3R2R1R0 0 0000 0000 8 1000 1100 1 0001 0001 9 1001 1101 2 0010 0011 10 1010 1111 3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 1

9、2 1100 1010 5 0101 0111 13 1101 1011 6 0110 0101 14 1110 1001 7 0111 0100 15 1111 1000 6.2.4 ROM的应用：的应用： ROM为组合电路器件为组合电路器件实现组合逻辑函数，实现时序电路中组合逻辑部分实现组合逻辑函数，实现时序电路中组合逻辑部分.2022-3-28第11页确定地址和输出确定地址和输出输入变量为输入变量为B3、B2、B1、B0，地址为地址为4位；函数位；函数R3、R2、R1 、R0，输出为输出为4个，个，应选用应选用244的的ROM逻辑图：逻辑图：ROM 2440123A 0150A1A2A3

10、ACSOE3210BBBB3210RRRR存储内容（数据）：存储内容（数据）：地址地址数据数据D3D2D1D00000010001200111510002022-3-28第12页【例】【例】 用用ROM和寄存器实现同时模和寄存器实现同时模10加加/减可逆计数器，减可逆计数器， X=0，加法；，加法； X=1，减法。，减法。一、框图：一、框图：模模10计数状态需计数状态需4位，所以选用位，所以选用4位寄存器。根据时序电路结构，可得框图：位寄存器。根据时序电路结构，可得框图：图中组合电路由图中组合电路由ROM实现；实现；而由寄存器作记忆电路。而由寄存器作记忆电路。RegCPQ44组合电路组合电路Y

11、（进位）（进位）XD加深理解：加深理解： ROM为组合电路器件。为组合电路器件。2022-3-28第13页确定地址和输出确定地址和输出输入变量为输入变量为Q3、Q2、Q1、Q0和和X，地址为地址为5位；位；输出输出D3、D2、D1 、D0和和Y ，5个，应选用个，应选用255的的ROM逻辑图：逻辑图：存储内容（数据）：存储内容（数据）：地址地址数据数据00000000010000100010010000100101001100001015000001000011001100010000011000001111100101000263100000ROM 25501234A 0310A1A2A3A

12、4ACSOEYQQQQ3210CPREGX加法加法计数计数减法减法计数计数状态未用状态未用状态未用状态未用2022-3-28第14页6.3 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）定义：定义： 在使用在使用RAM时可以随时从任一指定地址取出（读出）数时可以随时从任一指定地址取出（读出）数据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单元中去。元中去。分类：分类：按存储单元的特性分为按存储单元的特性分为：SRAM：静态随机存储器。利用器件的导通和截止来存储信息静态随机存储器。利用器件的导通和截止来存储信息DRAM：动态随机存储器。利用电容的

13、电荷来存储信息，需定时刷新动态随机存储器。利用电容的电荷来存储信息，需定时刷新。优点：优点： 读写方便，使用灵活。读写方便，使用灵活。缺点：缺点： 存在易失性，一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数存在易失性，一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数据长期保存。据长期保存。2022-3-28第15页地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵读读/写控写控制电制电路路数据输入数据输入/输出输出(I/O) CSWR/地地址址输输入入RAMRAM的结构及工作原理的结构及工作原理 RAM电路通常由存储矩阵、地址译码器和读电路通常由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三写控制电路三部分组成，部分组成，现在，读现

14、在，读/写控制大多采用二个引脚写控制大多采用二个引脚 不过不过 同时有效。同时有效。DW,RDDW,RD注意：注意：2022-3-28第16页6.4 RAM6.4 RAM的扩展的扩展 当使用一片当使用一片RAM器件不能满足存储量的需要时，可以将若器件不能满足存储量的需要时，可以将若干片干片RAM组合到一起，接成一个容量更大的组合到一起，接成一个容量更大的RAM。6.4.1 6.4.1 位扩展方式位扩展方式 如果每一片如果每一片RAM中的字数已够用而每个字的位数不够用时，中的字数已够用而每个字的位数不够用时，应采用位扩展的连接方式，将多片应采用位扩展的连接方式，将多片RAM组合成位数更多的存储组

15、合成位数更多的存储器。器。【例】用【例】用10241位位RAM接成接成10248位位RAM。A2A0A1A3A4A5A6WRCS1024 1RAM(1)WRI/O1I/O8A7A8A9A0A9CSA2A0A1A3A4A5A6WRCS1024 1RAM(8)A7A8A92022-3-28第17页6.4.2 6.4.2 字扩展方式字扩展方式地址扩展：地址扩展：每一片每一片2568位位RAM只有只有8位地址输入端，而位地址输入端，而1024 8位位RAM为为10位地址输入端，故需增加两位地址码位地址输入端，故需增加两位地址码A9、A8。各片的地址分配如下表所示：各片的地址分配如下表所示： 如果每一片

16、如果每一片RAM中的位数已够用而字数不够用时，中的位数已够用而字数不够用时，应采用字扩展方式（也称地址扩展方式）应采用字扩展方式（也称地址扩展方式） 。 【例】【例】 用用2568位位RAM接成一个接成一个10248位位RAM。计算计算RAM的片数的片数：（ 1024 8）（256 8 ）=42022-3-28第18页器件编号器件编号 A9A8 0Y 1Y 2Y 3Y 地址范围地址范围（A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0） （等效十进制等效十进制） RAM （1） 00 0 1 1 1 00 0000000000 11111111 (0)(255) RAM （2） 01 1 0 1 1

17、01 0000000001 11111111 (256)(511) RAM （3） 10 1 1 0 1 10 0000000010 11111111 (512)(767) RAM （4） 11 1 1 1 0 11 0000000011 11111111 (768)(1023) A9、A8可用来控制可用来控制RAM的片选信号。的片选信号。 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1A9A81,2,3,4CS CSCSCS可用译码器实现可用译码器实现2022-3-28第19页数据输出处理：数据输出处理：由于每一片由于每一片RAM的数据端的数据端I/O1I/O8都有三态缓冲器，而它们都有三态缓冲器，而它们的的片选信号片选信号又不会同时出现低电平，故可将它们的数据端并联起来，作为整个又不会同时出现低电平，故可将它们的数据端并联起来，作为整个RAM的八位数据输入的八位数据输入/ /输出端。输出端。A0A1WRCS256 8RAM(1)WRI/O7I/O0A7A0A7A8A9A0A1WRCS256 8RAM(2)A7A0A1WRCS256 8RAM(3)A7A0A1WRCS256 8RAM(4)A7A10Y1Y2Y3Y2-4线线译 码译 码器器2022-3