半导体存储器

1、第 9 章 半导体存储器关于半导体存储器关于半导体存储器现在学习的是第一页，共35页第 9 章 半导体存储器9.1概述概述 主要要求： 了解半导体存储器的作用、类型与特点。现在学习的是第二页，共35页第 9 章 半导体存储器 主要由与阵列、或阵列、输出缓冲级等部分组成，为大规模组合逻辑电路。二、半导体存储器的类型与特点 只读存储器(ROM，即Read-Only Memory)随机存取存储器(RAM，即Random Access Memory) 主要由地址译码器、存储矩阵、读 / 写控制电路等部分组成，为大规模时序逻辑电路。 一、半导体存储器的作用 存放二进制信息 ROM 是只读存储器，在正常工

2、作时，其内存数据只能读出，而不能写入。但断电后其内部数据不会丢失。常用于存放一些不变的数据，如一些重要的常数、系统管理程序等。 RAM是随机存取存储器，既能读出信息又能写入信息。但断电后其数据将丢失。它用于存放一些临时数据和中间处理数据结果，如计算机内存。现在学习的是第三页，共35页第 9 章 半导体存储器主要要求： 理解 ROM 的电路结构、工作原理。 理解用 ROM 实现组合逻辑函数的方法。 9.2只读存储器只读存储器（ROM）现在学习的是第四页，共35页第 9 章 半导体存储器按数据写入方式不同分固定 ROM 可编程 ROM (Programmable ROM，简称 PROM) 可擦除可

3、编程ROM (Erasable PROM，简称EPROM) 其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。 其存储数据由用户写入。但只能写一次。 用户可以多次改写存储的数据。ROM 的类型及其特点 现在学习的是第五页，共35页第 9 章 半导体存储器9.2.1 ROM 的电路结构的电路结构 由地址译码器、存储距阵和输出缓冲器组成 ROM 的电路结构图 存储器的存储容量为 2n m 字位。现在学习的是第六页，共35页第 9 章 半导体存储器1. 电路组成 9.2.2 固定固定ROM 的工作原理的工作原理 一、 二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图 &A1A

4、0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W0 地址译码器。 A1 、 A0 为地址输入端，W3 W0 为译码器输出的 4 条字线。 存储矩阵由二极管或门组成，D3 D0 为存储矩阵输出的 4 条位线。现在学习的是第七页，共35页第 9 章 半导体存储器1. 电路组成 一、 二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图 &A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W09.2.2 固定ROM 的工作原理 在 W3 W0 中任一个输出高电平时，则在 D3 D0 4 条线上输出一组 4 位二进制代码，每组代码表示一个字。现在学习的是第八页，共35页第 9 章

5、半导体存储器2. 读数 一、 二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图 &A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W09.2.2 固定ROM 的工作原理 当输入一组地址码时，则在ROM 的输出端可读出该地址码对应的存储内容。如A1 A0 = 0 0 时，则字线 W0 = A1 A0 = 1，其它字线都为 0，这时和W0 相连的两个二极管导通，位线 D2 = 1、 D0= 1,而 D3 和D1 都为 0 ,在输出端得到D3D2D1D0=0101数据输出。可见：1. 交叉处接有二极管的相当于存储 1，没有接二极管的相当于存储 0。2. 当某字线被选中时，相应

6、存储单元数据从位线D3 D0 输出。现在学习的是第九页，共35页第 9 章 半导体存储器4 4 存储矩阵示意图 W3W2W1W0D0D1D2D3字线位线交叉处的圆点 “ ”表示存储 “1”；交叉处无圆点表示存储 “0”。 交叉点的数目表示存储器存储容量。 存储容量 字数 位数存储矩阵可简化表示为：字线数位线数现在学习的是第十页，共35页第 9 章 半导体存储器3. 输出逻辑表达式 D0D1D2D344 二极管 ROM 结构图 &A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W0010012011010AAWAAWAAWAAW 01012330101032010112101010

7、10230AAAAWWDAAAAWWDAAAAWWDAAAAAAWWWD由此可看出， D3 D0都为最小项之和。最小项由译码器产生，而和项由或门产生。因此，二极管 ROM 是由译码器的与阵列和存储矩阵的或阵列级联而成的。现在学习的是第十一页，共35页第 9 章 半导体存储器MOS 管 ROM 电路结构图 二、 MOS 管 ROM有二极管的地方对应换成了NMOS管。现在学习的是第十二页，共35页第 9 章 半导体存储器PROM 出厂时，全部熔丝都连通，全部存储单元相当于存储 1。用户在编程时，可根据要求，借助编程工具将不需要存储单元中的熔丝烧断 即可。 熔丝烧断后不可恢复，故 PROM 只能进行

8、一次性编程。 二极管 ROM TTL - ROM MOS - ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj +VDD 1熔丝熔丝熔丝9.2.3 可编程只读存储器可编程只读存储器( PROM )现在学习的是第十三页，共35页第 9 章 半导体存储器用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。 用紫外线擦除信息的，称为EPROM。 用电信号擦除信息的，称为EEPROM，即E2PROM。 按擦除方式不同分 EPROM 只能整体擦除，擦除时间较长。 E2PROM 中的存储单元可逐个擦除逐个改写，它的编程和擦除都用电信号完成，速度比 EPROM 快得多。 9.2.4 可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只

9、读存储器( EPROM ) 现在学习的是第十四页，共35页第 9 章 半导体存储器由于 PROM 中的地址译码器为固定的与阵列，输出为输入地址变量的全部最小项。存储矩阵为可编程的或阵列，它输出的为相应的输入最小项的和，为标准与 或表达式。而任何组合逻辑函数都可变换为标准与 - 或式，因此，用 PROM 可实现组合逻辑函数。 9.2.5 PROM 的应用的应用现在学习的是第十五页，共35页第 9 章 半导体存储器例 试用 PROM 构成一个 1 位全加器。iii1 - iii1 - iii1 - iiiiiii1 - iii1 - iii1 - iiii CBACBACBACBACCBACBAC

10、BACBAS解：(1) 设在第 i 位的二进制数相加，输入变量为被加数 Ai 、 加数Bi，低位来的进位数为Ci-1。输出为本位和Si 、向 相邻高位的进位数为 Ci。由此可列出全加器的真值表。1111110011101010100110110010100110000000CiSiCi-1BiAi输 出输入7653i7421i mmmmCmmmmS现在学习的是第十六页，共35页第 9 章 半导体存储器Ai1BiCi-11m0m1m2m3m4m5m6m7地址译码器CiSi1 - iii CBA1 - iii CBA1 - iii CBA1 - iii CBA1 - iii CBA1 - iii

11、CBA1 - iii CBA1 - iii CBA(2) 画出用 PROM 实现的逻辑图7653i7421i mmmmCmmmmS现在学习的是第十七页，共35页第 9 章 半导体存储器9.3 随机存取存储器随机存取存储器 主要要求： 理解 RAM 的电路结构和工作原理。 理解 RAM 的扩展存储容量的方法。 现在学习的是第十八页，共35页第 9 章 半导体存储器 RAM 的电路结构 9.3.1 RAM 的电路结构的电路结构 为了能方便地选择到存储器中的任一个存储单元，将地址译码器分为行、列地址译码器，然后根据行、列地址去选通相应的存储单元进行读出或写入数据。现在学习的是第十九页，共35页第 9

12、 章 半导体存储器 RAM 的电路结构 由于单片 ROM 的存储容量是很有限的，往往不能满足计算机和其它信息处理系统的要求，因此，需用多片 RAM 来扩展存储容量。因此，在每片 RAM 上设有片选端和读/写控制端。9.3.1 RAM 的电路结构现在学习的是第二十页，共35页第 9 章 半导体存储器 RAM 的电路结构 输入 / 输出线数多少取决于每个地址中寄存器的位数。如在512 4 位的 RAM 中 ，每个地址中有 4 个存储单元，所以有 4 条 I / O 线。9.3.1 RAM 的电路结构现在学习的是第二十一页，共35页第 9 章 半导体存储器 RAM 的电路结构 在 RAM中存储单元被

13、排列成矩阵的形式，所以称为存储矩阵。每个存储单元只有被行输出线和列输出线同时选中的才能被访问。存储单元可以是静态的，也可以是动态的。9.3.1 RAM 的电路结构现在学习的是第二十二页，共35页第 9 章 半导体存储器RAM 与 ROM 的比较 相同处 都含有地址译码器和存储矩阵 寻址原理相同 相异处 ROM 的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路。 ROM 工作时只能读出不能写入。掉电后数据 不会丢失。 RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成， 是时序逻辑电路。RAM 工作时能读出， 也能写入。读或写由读 / 写控制电路进行控制。 RAM 掉电后数据将丢失。现在学习的是第二十三页，共35

14、页第 9 章 半导体存储器9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元六管 CMOS 静态 存储 单元 一、静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元 由V1、V2和V3、V4两个CMOS 反相器输出和输入交叉耦合组成的基本触发器，可用来存储一位二进制信息。1. 电路组成现在学习的是第二十四页，共35页第 9 章 半导体存储器六管 CMOS 静态 存储 单元 一、 静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元 V5、V6为由行线 X 控制的门控管。 V7、V8为由列线 Y 控制的门控管。9.3.2 RAM 中的存储单元1. 电路组成现在学习的是第二十五页，共35页第 9 章 半导体存储器六管 CMO

15、S 静态 存储 单元 一、静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元2. 工作原理9.3.2 RAM 中的存储单元读操作： 在X=1、Y=1时，V5、V6和V7、V8都导通，触发器和位线接通，数据线和位线也接通，这时，触发器中存储的数据通过数据线读出。现在学习的是第二十六页，共35页第 9 章 半导体存储器六管 CMOS 静态 存储 单元 一、静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元2. 工作原理9.3.2 RAM 中的存储单元写操作： 在 X=1、Y=1 时，将要写入存储单元的数据送到数据线D 和 D 上。如写数据 1时，由于 V7、V5 导通，D=1 通过这两个 MOS 管送到 Q 端；由于

16、 V8、V6 导通，D=0 送到 Q 端，使 V1 截止、V3 导通，这时 Q = D = 1、Q = D = 0，触发器置 1，表示输入的数据 D = 1 已被写入存储单元。现在学习的是第二十七页，共35页第 9 章 半导体存储器 二、动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元9.3.2 RAM 中的存储单元 静态 RAM 存储单元的主要缺点是静态功耗大，使集成度受到限制，采用动态 MOS RAM 可克服这个缺点。动态 RAM 存储单元是利用 MOS 管栅极与源极之间的高阻抗及栅极电容来存储信息的。由于电容存在漏电，栅极电容上存储的信息不可能长期保存，为了防止信息丢失，必须定时给电容补充电荷。

17、现在学习的是第二十八页，共35页第 9 章 半导体存储器四管 MOS 动态 存储 单元 二、动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元 C1、C2为 MOS 管的栅极输入电容，数据以电荷的形式存储在 C1、C2 上。9.3.2 RAM 中的存储单元现在学习的是第二十九页，共35页第 9 章 半导体存储器二、动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元单管 MOS 动态存储单元 9.3.2 RAM 中的存储单元现在学习的是第三十页，共35页第 9 章 半导体存储器9.3.3 RAM 的扩展的扩展 (一) RAM的位扩展如一片 RAM 的字数已够用，而每个字的位数不够用，则采用位扩展的方法来扩展每个字的

18、位数。其方法是将各片 RAM 的 地址输入端、读/写控制端 R/W 和片选端 CS 对应地并接在一起。RAM 的 位 扩 展 接 法 现在学习的是第三十一页，共35页第 9 章 半导体存储器RAM的字扩展接法 (二) RAM的字扩展如一片RAM的位数已够用，而字数不够用，则采用字扩展的方法来扩展存储器的字数。字扩展通常需用外加译码器来控制芯片的片选输入信号 CS 实现。如字数和位数都不够用，则可将字数和位数同时进行扩展，便组成了大容量的存储器。现在学习的是第三十二页，共35页第 9 章 半导体存储器半导体存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可存储一位二进制数 。根据存取功能的不同，半导体存储器分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的存储单元结构不同。ROM 属于大规模组合逻辑电路，RAM 属于大规模时序逻辑电路。本本 章章 小小 结结现在学习的是第三十三页，共35页第 9 章 半导体存储器ROM 用于存放固定不变的数据，存