阎石第五版第七章第一讲

第七章半导体存储器第一讲只读存储器第二讲随机存储器本章要求熟练掌握半导体存储器的分类、特点；熟练掌握半导体存储器的容量计算方法及扩展方法（字扩展、位扩展）；掌握半导体存储器实现组合逻辑函数的方法；理解ROM、RAM存储单元的结构及工作原理。1、半导体存储器定义及分类2、只读存储器特点及分类3、ROM的结构4、存储容量：５、腌膜ROM结构及存储数据原理６、可编程ROM(PROM)原理及特点７、可擦除的可编程ROM种类、原理、特点８、用ROM实现组合逻辑函数原理及方法第一讲只读存储器※对存储器的操作通常分为两类：写——即把信息存入存储器的过程读——即从存储器中取出信息的过程——半导体存储器是一种能存储大量二值数字信息的大规模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要组成部分。按制造工艺来分：半导体存储器双极型MOS型一、概述1、定义：2、分类：半导体存储器ROMEPROM快闪存储器PROME2PROM按使用的功能来分：固定ROM（又称掩膜ROM）可编程ROMRAMSRAMDRAM(Static)(Dynamic)3、只读存储器(ROM)ROM：是存储固定信息的存储器件，即先把信息或数据写入存储器中，在正常工作时，它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能写入,其信息可以长 期保存，断电也不会丢失。

（1）特点：

①只能读出，不能写入；②属于组合电路，电路简单，集成度高；③具有信息的不易失性；④存取时间在20ns～50ns。

缺点：只适应存储固定数据的场合。（ReadOnlyMemory）按使用的器件的类型分（2）ROM的分类二极管ROM

三极管ROM

MOS管ROM掩模ROM：出厂时已完全固定下来，使用时无法再更改，也称固定编程ROM。PROM：允许用户根据需要写入，但只能写一次。EPROM：允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写入，但操作复杂、费时。EEPROM：允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写入，操作比较简便、快捷。闪速存储器：仍是ROM，兼有EPROM、EEPROM、RAM的特点，既有存储内容非丢失性，又有快速擦写和读取的特性。按数据的写入方式分：地址译码器W0W1W2­1nA0A1An£­1……存储矩阵输出缓冲器Dm－1D0三态控制……◆地址译码器将输入的地址代码译成相应的控制信号，用它从存储矩阵中将指定的单元选出，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，以便与系统的总线连接。◆存储矩阵存储矩阵由许多存储单元排列而成（3）ROM的结构……存储矩阵：……………………信息单元(字)存储单元W0W1W2W2n-1字线D0Dm-1Dm-2位线（数据线）…………2nm存储单元可以用二极管、双极型三极管或MOS管构成。每个单元能存放1位二值代码（1或0）信息单元有一个对应的地址代码字长：一个字中所含二进制数的位数。存储器的容量=字数（2n）×字长（m）

例如：2048*8表示这个ROM有2048个字，每个字的字长是8位。例如：一个10位地址码、8位输出的ROM，其存储矩阵的容量为:2、某存储器芯片的容量为32K×8位，则其地址线和数据线的根数分别为()。1、存储容量为8K×8位的ROM存储器，其地址线为()条、数据线有（）条。练习：210×8=1024×8=1k×81315、8字：若干个二进制存储单元构成一个字。4、存储容量：8二、腌膜ROM(固化ROM)

采用腌膜工艺制作ROM时，其存储的数据是由制作过程中的腌膜板决定的。这种腌膜板是按照用户的要求而专门设计的。因此，腌膜ROM在出厂是内部存储的数据就“固化”在里面了，使用时无法再更改。1、基本构成主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。地址代码：A1A0，给出4个不同的地址。地址译码器将这4个地址代码分别译成W0～W3上的高电平信号当W0～W3每根线上给出高电平信号时，都会在D3～D04根线上输出一个4位代码。

字线和位线的每个交叉点代表一个存储单元，交叉处接有二极管的单元，表示存储数据为“1”，无二极管的单元表示存储数据为“0”。交叉点的数目也就是存储单元数。二极管与门二极管或门数据表若：将输入地址A1A0视为输入变量，而将D3、D2、D1、D0视为一组输出逻辑变量，则D3、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数。(1)ROM的阵列框图(2)ROM的阵列图W0W1W2W3D3D2D1D01A1A01与阵列或阵列只要把逻辑函数的真值表事先存入ROM，便可用ROM实现该函数※ROM在组合逻辑设计中的应用用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：根据逻辑函数的输入、输出变量数，确定ROM容量，选择合适的ROM。(2)写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM阵列图。(3)根据阵列图对ROM进行编程。例1：用ROM实现四位二进制码到格雷码的转换。解：(1)输入是四位二进制码B3—B0，输出是四位格雷码，故选用容量为24×4的ROM。(2)列出四位二进制码转换为格雷码的真值表，如表1

所示。由表可写出下列最小项表达式：四位二进制码转换为四位格雷码阵列图：例2用ROM实现字符发生器以7×5字符发生器存储字符Ｅ为例思考:应选多大容量的存储器?数据表?※用MOS管工艺制作ROM时，译码器、存储矩阵和输出缓冲器全用MOS管构成。三、可编程ROM(PROM)可编程PROM在封装出厂前，存储单元中的内容全为“1”（或全为“0”），用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为“0”（或“1”）。熔丝型PROM的存储单元存数方法：熔丝法和击穿法PN结击穿法PROM的存储单元加高电压将熔丝化断，即可将存0的位置的丝熔断。写入时，找出要写0的位置，加入编程的脉冲电平，使Aw输出低电平，有较大的脉冲电流流过熔丝，将其熔断。16×8位结构原理图四、可擦除的可编程ROM☆电擦除，一般芯片内部带有升压电路，可以直接读写E2PROM，☆擦除时间短(ms级)，可对单个存储单元擦除。☆读出：3V；擦除：20V；写入：20V。EPROM：光擦除可编程ROM（UVEPROM）E2PROM：电擦除可编程ROMFLASHROM：电擦除可编程ROM☆紫外线照射擦除，时间长20～30分钟☆整片擦除☆写入一般需要专门的工具☆结合EPROM和EEPROM的特点，构成的电路形式简单，集成度高，可靠性好。☆擦除时间短(ms级)，整片擦除、或分块擦除。☆读出：5V；写入：12V；擦除：12V(整块擦除)1、EPROMSIMOS管的结构和符号EPROM的存储单元采用叠栅雪崩注入MOS管浮置栅上注入了负电荷相当于写入了1，未注入电荷的相当于存入了0浮置栅上注入了负电荷后必须在GC端加更高的电压管子才能导通SIMOS管256×1EPROM☆写入一般需要专门的工具:编程器编程器:用于产生EPROM编程所需要的高压脉冲装置.☆擦除一般需要专门的工具:擦除器擦除器中的紫外线灯产生一定强度的紫外线，EPROM经过紫外线照射，时间长20～30分钟，可将存储的数据擦除。☆整片擦除Flotox管的结构和符号2、E2PROME2PROM的存储单元采用浮栅隧道氧化层MOS管E2PROM的存储单元（Flotox）若浮置栅上没有充负电荷Di为0,否则为1读出状态时字线为5V电压，GC加3V电压，E2PROM存储单元的三种工作状态

（a）读出状态（b）擦除（写1）状态（c）写入（写0）状态3、快闪存储器(FlashMemory)叠栅MOS管(b)符号存储原理:浮置栅与衬底氧化层极薄(10-15nm)当控制栅和源极间加上电压时,大部分电压都降在浮置栅与源极之间的电容上。用雪崩的方法使浮栅充电充电后开启电压升高为7V。存储单元读出时，字线加+5V电压，VSS=0若浮栅上没有充电，管子导通，Di=0。若浮栅上已充电，开启电压不足7V，管子截止，Di=1。写1时，UDS=6V，UGC==12V，DS间发生雪崩击穿，浮栅充电。擦除时，VSS=12V，UGC=0V，浮栅与源区间极小的重叠重叠部分产生隧道效应，浮栅电荷放电。放电后开启电压降低为2V。常用的E2PROM存储器有:2816、2864、2817。常用的EPROM存储器有:2716、2764。五、典型ROM芯片举例1．EPROM——27642．E2PROM2816AIntel2816A是2K×8位E2PROM，数据读出时间为200～250nS，擦除和写入（同时进行）为10mS，读工作电压和写（擦）工作电压均为5V，故不需要专门的编程器，且可实现在线读写。（1）引脚功能——有11根地址A10～A0，8根数据输入输出线I/O7～I/O0，片选线CE’，输出允许线OE’，写允许线WE’，工作电源Vcc。（2）工作方式——7种工作方式ROM的新发展非易失随机存储器NVRAM（NonVolatileRAM）

——是一种非易失性的随机读写存储器，它既能快速存取，断电时又不会丢失数据，所以同时具有RAM和ROM的优点。复习与回顾1、半导体存储器定义及分类2、只读存储器特点及分类3、ROM的结构4、存储容量：５、腌膜ROM结构及存储数据原理６、可编程ROM(PROM)原理及特点７、可擦除的可编程ROM种类、原理、特点８、用ROM实现组合逻辑函数原理及方法ENDENDENDTHE作业７.９７.12７.14解：1.练习1试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数Y1=A’BC+A’B’CY2=AB’CD’+BCD’+A’BCDY3=ABCD’+A’BC’D’Y4=A’B’CD’+ABCD2.mY1Y2Y3Y4W00000010000121001231000340010450000561100671100780000890000910010010110000111200001213000