武汉大学数电课件第八章半导体存储器详解

武汉大学数电课件第八章半导体存储器详解演示文稿1当前1页，总共34页。（优选）武汉大学数电课件第八章半导体存储器2当前2页，总共34页。存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成电路，是进一步完善数字系统功能的重要部件。它实际上是将大量寄存器按一定规律结合起来的整体，可以被比喻为一个由许多房间组成的大旅馆。每个房间有一个号码（地址码），每个房间内有一定内容（一个二进制数码，又称为一个“字”）。§8.1概述3当前3页，总共34页。大规模集成电路在一块硅半导体的基片上集成了1000个以上的元件(等效100门)的集成电路.分类:从应用的角度分:通用型:存贮器MEMORY．微处理器CPU．单片计算机MCU。专用型：针对特殊用途而专门设计的ASIC。从电路结构分：TTL：双极型，I2L；MOS：单极型，NMOS，CMOS4当前4页，总共34页。存贮器在计算机中用来存放数据．指令．中间结果及各种资料的存贮装置。存贮器容量：把存贮的二进制位数的总数称为其容量。容量＝字数＊字长分类：工作方式：(1)只读存储器(ROM)(2)读写存储器(RAM)存贮方式：内存贮器外存贮器5当前5页，总共34页。存贮器：对存贮器的要求容量大速度快功耗小可靠性高集成度高6当前6页，总共34页。特点：信息只能读出，不能写入分类：从电路结构：二极管ROM，双极型ROM，单极型ROM从编程方式：固定ROM，可编程ROM（PROM），可擦可编ROM，EPROM,PAROM§8.2只读存储器(ROM)ReadOnlyMemory只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。因此，只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。7当前7页，总共34页。8.2.1ROM的基本结构及工作原理ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路三部分组成。下图是由二极管构成的ROM电路：地址译码器存贮矩阵M＊N输出电路A1A2W0W1W2W38当前8页，总共34页。ROM功能及结构地址译码器：选择所需要的单元：寻址存贮阵列：由很多重复排列的结构完全相同的存贮单元构成，每一个存贮单元存贮一位二进制数据，存贮单元的数目决定了存贮器的容量。9当前9页，总共34页。输出电路存储矩阵字线位线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端W3W0W2W110当前10页，总共34页。ROM的基本结构它由二极管构成（NMOS）它是一个4（字）＊4（位）的存贮器。A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端W3字线位线W2W0W111当前11页，总共34页。ROM的基本结构存贮信息：1．字线与地址码的关系是“与“的关系。W0=A1A0W1＝A1A0

W2＝A1A0W3＝A1A0．字线与位线之间的关系（或关系）。D3=W3D2＝W2＋W1D1＝W3＋W0D0＝W0＋W1＋W2A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端字线位线W2W0W1W312当前12页，总共34页。000101111100110011001001地址A1A0D3D2D1D0内容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译码器K:输出控制端给出任意一个地址码，译码器与之对应的字线变为高电平，进而从位线上便可输出四位数字量。字线位线图中存储器的内容如右表W2W0W1W313当前13页，总共34页。+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3左图是使用MOS管的ROM矩阵：字线和位线间有MOS管的单元存储“0”，无MOS管的单元存储“1”。14当前14页，总共34页。在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变动，称为固定ROM。有一种可编程序的ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写一次，称其为PROM。字线位线熔断丝若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。15当前15页，总共34页。PROM中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的ROM，简称EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或X射线照射擦去，然后又可以重新编制信息。ROM的主要技术指标是存储容量。它一般用[存储字数：2N][输出位数：M]来表示(其中N为存储器的地址线数)。例如：128字8位、1024字8位等。16当前16页，总共34页。8.2.2ROM的应用举例1.用于存储固定的专用程序2.利用ROM可实现查表或码制变换等功能

查表功能－－查某个角度的三角函数把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为“造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。

码制变换－－把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。17当前17页，总共34页。3.ROM在波形发生器中的应用ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296318当前18页，总共34页。ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo019当前19页，总共34页。ROM阵列结构在存贮矩阵中，字线W与位线D的交叉处，若有二极管，则存贮的内容为1，无二极管则存贮的信号为0。ROM的阵列结构由两部分构成：与阵列：表示字线W和地址码AiAj之间的逻辑关系，水平表示地址码，垂直线表示字线，在图中用圆点来表示与逻辑关系。或阵列：表示位线和字线之间的或逻辑关系，在图中用圆点来表示。水平线表示位线D，垂直线表示字线W20当前20页，总共34页。可编程逻辑阵列（PLA）对译码矩阵和存贮矩阵都能进行编程的逻辑电路特点：能提高器件的利用率，节省硅片面积。能实现各种组合逻辑函数和时序逻辑函数21当前21页，总共34页。可编程逻辑阵列（PLA）“与“ROM阵列“或“ROM阵列输入输出实现组合逻辑电路的电路结构22当前22页，总共34页。应用：用PLA来实现组合逻辑函数：

F1＝m（3，4，6，7）

F2=m(0,2,3,4,7)设计步骤：对F1．F2进行化简（图形法）。得到F1＝AC＋BCF2＝BC＋BC＋AB根据化简后的F1和F2的与项和或项进行编程23当前23页，总共34页。应用：用PLA来实现组合逻辑函数：

F1＝m（3，4，6，7）

F2=m(0,2,3,4,7)ABCY1Y2Y3Y4F1F2ABC24当前24页，总共34页。读写存储器又称随机存储器。读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分为静态、动态两类；RAM按所用器件又可分为双极型和MOS型两种。§8.3读写存储器(RAM)

25当前25页，总共34页。RAM结构地址译码器存贮阵列读／写控制电路I／O电路读写（R／W）片选（CS）传输通道用来控制选中单元的读出或写入选择所需要的单元：寻址由重复排列的结构完全相同的存贮单元构成，每一个存贮单元存贮一位数据26当前26页，总共34页。8.3.1基本存储单元WiDD符号VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线数据线数据线27当前27页，总共34页。介绍基本存储单元的工作原理:VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线数据线．位线数据线．位线VCCT2T1T3T4由增强型NMOS管T1、

T2、T3和T4

构成一个基本R-S触发器，它是存储信息的基本单元。而T5和T6是门控管，由字线Wi控制其导通或截止：Wi＝1则导通，否则截止。28当前28页，总共34页。门控管T5和T6导通时，“读”、“写”操作由读写控制端R/W控制：R/W=0时，1、3门打开，数据由I/O端送入存储器，完成写操作；反之，R/W=1时，1、3门关闭，2门打开，数据由I/O线读出。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4数据线数据线字线12329当前29页，总共34页。D1W3W2W1W0地址译码器读写及输入/输出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D0D0存储矩阵8.3.2存储器的整体结构30当前30页，总共34页。8.3.3RAM组件及其连接常用RAM组件的类型很多，以下介绍两种：RAM2114和RAM6116。

RAM2114共有10根地址线，4根数据线。故其容量为：1024字×4位（又称为1K×4）RAM6116的容量为：2048字×8位（又称为2K×8）31当前31页，总共34页。RAM2114、2116的管脚图123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管脚图A2A711112141324A8D5D6D7RDWR32当前32页，总共34页。D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用两片2114将位数由4位扩展到8位RAM容