数字电子技术基础 第7章 半导体存储器资料

1、第七章 半导体存储器7.1 只读存储器（ROM）7.2 随机(su j)存储器（RAM）共三十九页存储器用以存储二进制信息的器件。半导体存储器的分类：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：（1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能方便(fngbin)地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。（2）只读存储器（ROM）其内容只能读出不能写入。 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。共三十九页存储器的主要(zhyo)指标 （1）存储器的容量：存储器的容量=2nm(bit) n：地址线总数， 2n 称为字线数。 m: 每一

2、地址单元存储m位二值数，又称为位线数。8位为一字节(Byte)， 210=1024=1K, 220=1024K=1M, 230=1024M=1G例：11根地址线，8根数据线（8位输出），容量为2118=16Kb=2KB(2)存取时间接收到寻址信号(xnho)到读/写数据为止。共三十九页存储器的结构(jigu) 共三十九页存储器的工作(gngzu)原理 以一个224的存储器为例进行说明。它有二根地址线A1、A0，四根数据线D3 D0。二根地址线有四种地址组合，假设对应输出(shch)数据如表。 存储器MD3D2D1D0A1A0共三十九页第七章 半导体存储器7.1 只读存储器（ROM）7.2 随机

3、(su j)存储器（RAM）共三十九页ROM (read-only memory)由地址译码器和存储体两部分构成。地址译码器产生了输入变量的全部最小项，即实现(shxin)了对输入变量的与运算；存储体实现(shxin)了有关最小项的或运算。因此，ROM实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组合电路，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。共三十九页（2）一次性可编程ROM（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。 PROM具有(jyu)熔丝结构，它的编程方法称为熔丝编程。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

4、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。ROM 的分类按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：（1）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何(rnh)修改。共三十九页（5）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(fn ki)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100万次以上。既有EEPROM的特点，又有RAM的特点，因而是一种全新的存储结构。（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS

5、管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。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(jbi)类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。共三十九页ROM的结构(jigu)存储容量(cn ch rn lin)字线数位线数2nb（位）存储单元地址共三十九页ROM的工作(gngzu)原理44位ROM地址(dzh)译码器存储体共三十九页D3=1D2=0D1=1D0=1A1=0A0=0W0=1W1=0W2=0W3=0共三十九页A1

6、=0A0=1D3=0D2=1D1=0D0=1W0=0W1=1W2=0W3=0共三十九页A1=1A0=0D3=1D2=1D1=0D0=0W0=0W1=0W2=1W3=0 共三十九页A1=1A0=1D3=0D2=1D1=1D0=1W0=0W1=0W2=0W3=1共三十九页1.作函数运算表电路 试用ROM构成(guchng)能实现函数y=x2的运算表电路，x的取值范围为015的正整数。ROM的应用(yngyng) （1）分析要求、设定变量 自变量x的取值范围为015的正整数，对应的4位二进制正整数，用B=B3B2B1B0表示。根据y=x2的运算关系，可求出y的最大值是152225，可以用8位二进制数

7、Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。共三十九页0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 0 1Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 输 出0149162

8、536496481100121144169196225对应十进制数0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1B3 B2 B1 B0 输 入（2）列真值表共三十九页Y7=m12+m13+m14+m15（3）写标准(biozhn)与或表达式Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y3=m3+m5+m11+m13Y1= 0

9、Y2=m2+m6+m10+m14(4)画ROM存储矩阵结点(ji din)连接图Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15共三十九页Y3=m3+m5+m11+m13Y7=m12+m13+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15共三十九页 数学运算是数控装置和数字系统中需要经常进行的操作，如果事先把要用到的基本函数变量(binling)在一定范围内的取值和相应的函数取值列成表格，写入只读存储器中，则在需要时只要给出规定“地址”就可以快速地得到相应的函数值。这种ROM，实际上已经成为函数运算表电路。

10、 存储器很经常用于当作(dn zu)存储数据的表格，因为输入地址，就可输出存储在该地址单元的数据输出。 共三十九页（1）写出各函数的标准与或表达式： 按A、B、C、D顺序排列变量(binling)，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。2.实现任意(rny)组合逻辑函数试用ROM实现下列函数：共三十九页（2）选用164位ROM，画存储(cn ch)矩阵连线图：共三十九页例 用ROM设计实现四位(s wi)二进制码转换成格雷码的代码转换电路. 解 (1) 设四位二进制码为 ,四位格雷码 .转换真值表如表所示. 二进制码 格雷码 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1

11、0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0共三十九页 (2) 由真值表写出最小表达式 共三十九页(3)画出4位二进制-GRY转换器的ROM阵列(zhn li)结构图,如下: (4) 选用(xuny

12、ng)适当的只读存储器(如 PROM,EPROM等)和专用设备,将上表所示的数据写入即可.共三十九页3字符(z f)显示 字符发生器常用于显示终端、打印机及其他一些数字(shz)装置。将各种字母、数字(shz)等字符事先存储在ROM的存储矩阵中，再以适当方式给出地址码，某个字符就能读出，并驱动显示器进行显示 下图用ROM构成字母“T”的原理。 共三十九页EPROM举例(j l)2764共三十九页第七章 半导体存储器7.1 只读存储器（ROM）7.2 随机(su j)存储器（RAM）共三十九页随机存取存储器（RAM, random-access memory ）可以在任意(rny)时刻、对任意(

13、rny)选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，RAM最大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。RAM由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际上RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。共三十九页 RAM中的每个寄存器称为一个字，寄存器中的每一位称为一个存储单元。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式(xngsh)。在多字

14、1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为10241位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的RAM，就是一个有256个4位寄存器的RAM。共三十九页 RAM可分为单极型和双极型：双极型工作速率高，但是集成度不如单极型的高，目前，由于工艺水平的不断提高，单极型RAM的速率已经可以(ky)和双极型RAM相比，而且单极型RAM具有功耗低的优点。这里只以单极型RAM为例进行分析 单极型RAM又可分为静态RAM(SRAM)与动态RAM(DRAM)：静态RAM是用MOS管触发器来存储代码，所用MOS管较多、集成度低、功耗也较大

15、。SRAM速度非常快，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用。如CPU的一级缓存，二级缓存。静态RAM使用方便，不需要刷新。动态RAM是用栅极分布电容保存信息，它的存储单元(cn ch dn yun)所需要的MOS管较少，因此集成度高、功耗也小。DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。共三十九页用以决定访问哪个(n ge)字单元由大量寄存器构成(guchng)的矩阵读出及写入数据的通道用以决定芯片是否工作用以决定对被选中的单元是读还是写共三十九页 1. 存储(cn ch)矩阵

16、图中，1024个字排列成3232的矩阵。为了存取方便，给它们编上号。32行编号(bin ho)为X0、X1、X31，32列编号为Y0、Y1、Y31。这样每一个存储单元都有了一个固定的编号，称为地址。 共三十九页容量为2564 RAM的存储(cn ch)矩阵存储单元(cn ch dn yun)1024个存储单元排成32行32列的矩阵每根行选择线选择一行每根列选择线选择一个字列Y11，X21，位于X2和Y1交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中。共三十九页2. 地址的选择通过地址译码器来实现。地址译码器由行译码器和列译码器组成。行、列译码器的输出即为行、列选择线，由它们

17、共同确定(qudng)欲选择的地址单元。0 0 1000102564 RAM存储矩阵(j zhn)中，256个字需要8位地址码A7A0。其中高3位A7A5用于列译码输入，低5位A4A0用于行译码输入。A7A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉的字单元。共三十九页RAM芯片(xn pin)简介(6116)6116为2K8位的静态(jngti)CMOSRAM100CS片选0OE输出使能10WE读/写控制稳定稳定A0 A10地址码输入高 阻 态输 出输 入D0 D7输 出工作模式低功耗维持读写6116的功能表A0A10是地址码输入端，D0D7是数据输出端， CS是选片端，O

18、E是输出使能端， WE是读写控制端。共三十九页小结(xioji)1半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件(bjin)，它可分为RAM和ROM两大类。2RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读写存储器。它包含有SRAM和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而DRAM则必需定期刷新。共三十九页4从逻辑电路构成的角度看，ROM是由与门阵列（地址译码器）和或门阵列（存储矩阵）构成的组合逻辑电路。ROM的输出是输入最小项的组合。因此采用ROM构成各种逻辑函数不需化简，这给逻辑设计带来很大方便。随着大规模集成电路成本的不断(bdun)下降，利用ROM构成各种组合、时序电路，愈来愈具有吸引力。3ROM是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。后者又可细分为PROM、EPROM、E2PR