数字电路课程课件：第7章 半导体存储器

1、第七章 半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息的半导体器件。分类： 1、从存储功能上可分为： 只读存储器ROM（Read Only Memory） 随机存储器RAM（Random Access Memory）2. 从制造工艺上可分为： 双极型、MOS型输入/出电路I/O输入/出控制！单元数庞大 ！受器件输入/输出引脚数目的限制一般结构形式7.2 只读存储器ROM优点：电路结构简单，数据可多次读出，停电不丢失数据。缺点：写入过程复杂，只适宜存储固定数据。7.2.1 掩模只读存储器掩模ROM在出厂时内部存储的数据就已经“固化”。一、ROM的电路结构：地址译码器存储矩阵输出缓冲

2、器数据输出地址输入三态控制地址译码器存储矩阵输出缓冲器数据输出地址输入三态控制存储矩阵：由许多存储单元排列而成，每个单元能放1位二值代码（0或1），每一个或一组存储单元有一个对应的地址代码。 地址译码器：将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出，并把其中的数据送到输出缓冲器。输出缓冲器：一是能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，以便与系统总线连接。二、举例: 二极管结构的ROM电路图W0、W1、W2、W3为字线d0、d1、d2、d3为位线如A1A0=00时，W0=1，W1=W2=W3=0因此：D3=0，D2=1， D1=0，D0=101

3、0100110101101101011100地 址数 据 ROM中的数据表可得数据表如下：可见ROM矩阵输出Di与地址输入Ai之间是一个与或关系，由一个与阵列和一个或阵列组成。与阵列或阵列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”010100110101101101011100地 址数 据 ROM中的数据表存储器的容量：“字数 x 位数”上图的存储量表示为4 x 4位。10条地址线、8条数据线的ROM容量是多少？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。7.2.2 可编程只读存储器ROM（PROM）Programm

4、able Read-Only Memory总体结构与掩模ROM一样，但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中都存入了 1。写入数据时，设法将需要存入0的那些存储单元上的熔丝烧断就可以。PROM的内容只能写入一次(OTP-one time programming)。写入时，要使用编程器7.2.3 可擦除的可编程ROM（EPROM）Erasable Programmable Read-Only Memory一、EPROM（UVEPROM）紫外线可擦除的可编程ROM（Ultra-Voilet Erasable Programmable Read-Only Mem

5、ory）总体结构同PROM，只是采用了不同的存储单元。出厂时存储信息为1，写入0时给MOS管的浮栅注入电子。擦除时通过紫外光照射，驱散浮栅上的电荷。EPROM的封装上开有石英玻璃的窗口。二、E2PROM电信号可擦除的可编程ROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）擦除和写入时需要加高电压脉冲。擦、写时间仍较长，需要专用编程器实现。正常工作状态下，只能工作在读出状态。现在电信号可擦除的可编程ROM内部设置了升压电路，使擦、写、读都可以在5V电源下进行，不需要编程器，可在线改写。广泛应用在IC卡等领域。特点：用电擦除、擦写方便、

6、速度较快，但集成度低，存储容量小。三、快闪存储器（Flash Memory） 电信号可擦除的可编程ROM，即吸收了EPROM结构简单、编程可靠的优点，又保留了E2PROM擦除快的特点。因此具有以下优点：集成度高、容量大、成本低、使用方便。7.3 随机存储器RAM7.3.1 静态随机存储器（SRAM） Static RAM片选输入端读/写控制端SRAM的结构各部分功能行地址译码器: 从存储矩阵中选中一行存储单元；列地址译码器: 从字线选中的一行存储单元中再选1位（或几位），使这些被选中的单元经读/写控制电路，与输入/输出端接通，以便对这些单元进行读/写操作。读/写控制电路：用于对电路的工作状态进

7、行控制。当读/写控制信号为1时，执行读操作，将存储单元里的数据送到输入/输出端上。当读/写控制信号为0时，执行写操作，加到输入/输出端上的数据被写到存储单元中。 片选输入端： 片选输入信号为0时，RAM为正常工作状态。 片选输入信号为1时，不能对RAM进行读/写操作。10244位RAM的结构框图：静态随机存储器的每一个存储单元为一个基本RS触发器，因此只要不掉电，RAM中的数据就可以一直保持。除非重新改写。7.3.2 动态随机存储器（DRAM） Dynamic RAMDRAM的存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理制成的。存储单元的结构能做得非常简单，普遍应用于大容量、高集成度的RA

8、M中。由于栅极电容的容量很小（通常仅为几皮法），而漏电流又不可能绝对等于零，所以电荷保存的时间有限。为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失，必须定时给栅极电容补充电荷，通常将这种操作称为刷新或再生。因此，DRAM工作时必须辅以必要的刷新控制电路，同时也使操作复杂化了。7.4 存储器容量的扩展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接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片10241位 10248位的RAM7.4.2 字扩展方式如果每一片ROM或RAM中的位数够用，而字数不够用时，应采用字扩展的连接方式。例：用四片2568位10248位 RAM1024

9、x 8RAM000111011011101101111110例：用4片2K8位的RAM和必要的门电路实现4K16位的RAM 字和位同时扩展：7.5 用存储器实现组合逻辑函数因为存储器的地址译码器输出包含了输入变量（地址）全部的最小项，为与阵列，而存储矩阵为或阵列，输出为若干个最小项之和。因而任何形式的组合逻辑函数均可通过向存储器中写入相应的数据实现。用具有n位输入地址、m位数据输出的ROM可以获得一组（最多为m个）任何形式的n变量组合逻辑函数，只要根据函数的形式向ROM中写入相应的数据即可。这个原理也适用于RAM 。地 址数 据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110如果将输入地址A1和A0视为两个输入逻辑变量，同时将输出数据 D0 、 D1 、 D2和D3视为一组输出逻辑变量，则D0 、 D1 、 D2和D3 就是一组A1、A0 的组合逻辑函数，上表也就是这一组多输出组合逻辑函数的真值表。例 试用ROM设计一个八段字符显示的译码器。例 试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数。解：将输出函数展开成标准与-或表达式：点阵图：交叉点的位置画一个圆点，以代替存储器件。接入存储器件表示存1，以不接存