第10章半导体存储器课件

10.1概述10.2只读存储器（ROM）10.3随机存储器（RAM）10.4本章小结10.1概述一个典型的工业控制系统的简单原理框图CPU模/数

转换键盘模块传感器数/模

转换显示模块后级设备现场动作设备存储器模块一.二进制数据的存储单位字位字节半字节位（b）是二进制数据的最小单位。以8位二进制数据作为一个处理单元，称为1个字节（B）。完整的二进制数据的信息单位是字，一般由一个或者多个字节组成，所具有的数据位数称为字长。一个字节又常常分为两个4位单元，称为半字节。二.半导体存储器的阵列结构和存储容量1234567812345678…12315161234字位字位8×8b16×4b二.半导体存储器的阵列结构和存储容量存储器的存储容量=字数×位数存储容量的单位三.半导体存储器的基本操作写操作读操作1.半导体存储器的读操作地址译码器01234567100地址寄存器地址总线10110010读指令10110010数据总线（3位）（8位）数据寄存器2.半导体存储器的写操作地址译码器01234567011地址寄存器地址总线10010111写指令10010111数据总线（3位）（8位）数据寄存器三.半导体存储器的分类只读存储器

ROM掩膜ROM固定ROMPROM可编程ROME2PROM

电可擦除的可编程ROM紫外光可擦除的可编程ROMEPROM

FlashMemory闪存三.半导体存储器的分类随机存储器

RAMSRAM静态RAMDRAM动态RAM用双极型锁存器或者MOS型锁存器组成存储单元。用电容组成存储单元，因此集成度可以做得很高，地址译码器0123456712345678★

掩膜ROM字线位线只读存储器（ROM）存储阵列的改进地址译码器0123456712345678★

掩膜ROM★PROM字线位线只读存储器（ROM）存储阵列的改进地址译码器0123456712345678★

掩膜ROM★PROM★

EPROM字线★闪存位线★

E2PROM

特殊MOS管

特殊MOS管SIMOS管叠栅MOS管Flotox管只读存储器（ROM）存储阵列的改进10.2只读存储器（ROM）

ROM是永久性存储器，掉电时，数据不丢失，用于存储需要长期保存、重复使用而不需要改变的二进制数据。10.2.1掩膜ROM一.ROM的基本结构n位地址总线地址译码器……………………输出缓冲器…A0A1An-1W0W1W2n-1W2存储器阵列D0D1Dm-1D2D0D1Dm-1D2m个位线2n个字线W0W1W2W3A1A1A0A0A0A1D3D2D1D0地址译码器（与阵列）4×4b存储阵列（或阵列）二.ROM的工作原理1

1

&

&

&

&

≥1

≥1

≥1

≥1

二.ROM的工作原理1.ROM的存储原理地址码A1

A0

位线D1

D0

D1

D0

001011011101100001111010A1=0A0=0W0=1W1=0W2=0W3=0D3=1D1=1D0=1D2=0A1=0A0=1W0=0W1=1W2=0W3=0D3=0D1=0D0=1D2=1A1=1A0=0W0=0W1=0W2=1W3=0D3=1D1=0D0=0D2=1A1=1A0=1W0=0W1=0W2=0W3=1D3=0D1=1D0=1D2=12.实际ROM的内部电路分析地址码A1

A0

位线D1

D0

D1

D0

001011011101100001111010W0W1W2W3A1A1A0A0A0A1D3D2D1D0地址译码器（与阵列）4×4b存储阵列（或阵列）1

1

三.ROM的简化画法10.2.2可编程ROM（PROM）一.PROM的工作原理可以对PROM其进行编程开发，写入数据，但只能操作一次，完成后与掩膜ROM就完全一样了，只读不写。1.采用熔断丝连接方式的PROM地址译码器01234567字线位线一.PROM的工作原理2.采用反熔丝结构的PROM地址译码器01234567字线位线地址译码器（与阵列固定）4×4b存储阵列（或阵列可编程）W0W1W2W3A1A1A0A0A0A1D3D2D1D01

1

二.PROM的简化画法10.2.3ROM的应用一.ROM的扩展所谓“ROM的扩展”，指通过增大字线、位线的数量，提高其存储容量。ROM的扩展包括字扩展和位扩展两类。字扩展位扩展通过增加输入地址码的数量，来扩展ROM所存储的字的数量，但输出位线数量不变。ROM的位扩展更简单，不需要扩展输入地址码，只需要增加输出信号端（位线）数量即可。1.ROM的字扩展64×8bROM→256×8bROM1.ROM的位扩展64×1bROM→64×4bROMW0W1W2W3A1A1A0A0A0A1D3D2D1D0地址译码器（与阵列）4×4b存储阵列（或阵列）1

1

二.ROM在组合逻辑设计中的应用逻辑命题真值表最小项标准式

地址端→输入变量位线→输出变量确定或阵列的连接电路图ROM选型

理解设计目标

确定存储数据输入变量个数（地址码）逻辑函数个数（位线）【例1】选用合适的ROM器件，实现组合逻辑函数。

解：Y1=m(2,3,4,5,8,9,14,15）Y2=m(6,7,10,11,14,15）Y3=m(0,3,6,9,12,15）Y4=m(7,11,13,14,15）m0m1m2m3m4m5m6m7m8m9m10m11m12m13m14m151111A3A2A1A0D1D2D3D0ABCDY1Y2Y3Y416×4bROM【例2】选用合适的ROM器件，设计一个代码转换电路，将8421码转换为对应的余3码。ABCDWXYZ

0011010001010110011110001001101010111100101010111100110111101111××××××××××××××××××××××××0000000100100011010001010110011110001001ABCD

码制转换器WXYZ0123456789101112131415CBAWD11=1=1&&≥1XYZ【例2】选用合适的ROM器件，设计一个代码转换电路，将8421码转换为对应的余3码。

解：ABCDWXYZ

0011010001010110011110001001101010111100101010111100110111101111××××××××××××××××××××××××00000001001000110100010101100111100010010123456789101112131415000000000000000000000000m0m1m2m3m4m5m6m7m8m9m10m11m12m13m14m151111A3A2A1A0D1D2D3D0ABCDWXYZ16×4bROM总结应用特点特殊情况

缺陷设计要求决定ROM选型运算表电路ROM规模过大时约束关系的应用意义不大可能浪费硬件资源不能实现时序逻辑10.2.4其他类型ROM掩膜ROM和PROM可以是双极型，也可以是MOS型；EPROM、E2PROM、闪存都是MOS型设备，以采用特殊工艺制造的MOS管制作存储单元。根据制造工艺的不同：一.

紫外光可擦除的可编程ROM（EPROM）1.MOS型ROM、PROM2.EPROM中使用的SIMOS管的工作特点GcGfDS漏极源极控制栅浮栅浮栅Gf上没有注入电荷时：SIMOS管的使用与普通N沟道增强型MOS管一样。漏极D和源级S间加高电压，同时在控制栅Gc上加高压正脉冲：发生雪崩击穿现象，导电沟道中的电子穿过氧化层注入浮栅Gf并积累起来，并且可以长期保存。浮栅Gf上注入电荷以后：开启电压会提高很多，对Gc加正常的UH，SIMOS管仍然截止。3.EPROM的工作原理★EPROM出厂时SIMOS管构成存储单元，且都没有注入电荷，d=0，D=1。★对EPROM编程，写入数据对存储单元中某些SIMOS管的浮栅注入负电荷，d=1，D=0。出厂时内部全部存储数据1简言之，对EPROM写入数据，即将某位存入数据0。★擦除EPROM中的数据擦除过程就是在一定波长的紫外线环境释放负电荷，重新回到出厂状态。数据全部擦除，不能有选择的擦除。1.

E2PROM中使用的Flotox管的工作特点浮栅Gf和漏区之间存在隧道区，可以形成隧道效应：当隧道区的电场强度很大时（＞107V/cm），漏区和浮栅之间会出现导电隧道，电子可双向流动。E2PROM器件存储和擦除数据的过程，就是利用隧道效应，使浮栅上积累或消除负电荷来实现的。二.电可擦除的可编程ROM（E2PROM）GcGfDS漏极源极控制栅浮栅2.E2PROM的工作原理★读操作状态

VT1的控制栅级电平+3V，字线电平+5V（指定该字）。★写操作状态（写1）VT1的控制栅级和字线上均加入+20V左右、持续时间约10ms的脉冲电压，且位线接0V电平。★擦除状态（写0）浮栅上存储的负电荷将通过隧道区放电，d=0。VT1管无注入负电荷时，d=0；VT1管有注入负电荷时，d=1。发生隧道效应，浮栅上注入负电荷，d=1。VT1的控制栅级接0V电平，且对应字线、位线上均加入+20V左右、持续时间约10ms的脉冲电压。1.

快闪存储器中使用的叠栅MOS管的工作特点快闪存储器中的叠栅MOS管，其结构类似于EPROM中的SIMOS管，均属于N沟道增强型MOS管。注入负电荷（写入操作）的过程类似于EPROM。释放负电荷（擦除操作）的过程类似于E2PROM。三.快闪存储器（闪存、FlashMemory）GcGfDS漏极源极控制栅浮栅2.快闪存储器的工作原理★读操作状态字线电平+5V（指定该字），公共级VSS接0电平。★写操作状态（写1）位线接入6V左右正电平，公共级VSS接0电平，控制栅极加入+12V左右、持续时间约10μs的脉冲电压。★擦除状态（写0）浮栅上存储的负电荷将通过导电隧道放电，d=0。无注入负电荷时，d=0；有注入负电荷时，d=1。浮栅上注入负电荷，d=1。

控制栅极接0电平，公共级VSS加入+12V左右、持续时间约100ms的脉冲电压。10.3随机存储器（RAM）随机存储器（RAM）也称为随机读/写存储器。RAM可读可写：

并且，根据输入地址的寻址结果，可专门针对RAM存储阵列中任何一个指定的存储单元，