物理第7章数字电子技术韩焱课件

概述第7章半导体存储器

本章小结随机存取存储器(RAM)

只读存储器(ROM)

存储容量的扩展7.1

概述

主要要求：

了解半导体存储器的作用、类型与特点。

7.1.1半导体存储器的特点

存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器按存储介质可分为三类：磁表面存储器、光盘存储器和半导体存储器。

存储器的分类RAM双极型单极型静态动态ROMROMPROMEPROME2PROM闪速存储器7.1.2半导体存储器的分类

7.1.3半导体存储器的主要技术指标1．存储容量存储容量是指存储器所能存放二进制信息的总量。由于存储器中每个存储单元可存储一位二进制数据，所以存储单元的数目决定了存储器的容量。2．存储时间存取时间是指将信息存入(写)存储器或从存储器(读)取出信息所需要的时间。存储时间越短，存储器的工作速度就越快。主要要求：

了解ROM的类型和结构，理解其工作原理。了解集成EPROM的使用。理解字、位、存储容量等概念。7.2只读存储器按数据写入方式不同分掩模ROM可编程ROM(ProgrammableROM，简称PROM)可擦除PROM(ErasablePROM，简称EPROM)

电可擦除EPROM(ElectricallyEPROM，简称E2PROM)

ROM的类型及其特点

写入的数据可电擦除，用户可以多次改写存储的数据。使用方便。其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。其存储数据由用户写入。但只能写一次。写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。ROM的用途：1、存储各种程序代码；2、实现多输入、多输出逻辑函数真值表；3、代码的变换、符号和数字显示等有关数字电路及存储各种函数等。7.2.1固定ROM

图7.1固定ROM的电路结构框图图7.2具有2位地址输入和4位数据输出的ROM刚才介绍了ROM中的存储距阵，下面将学习ROM中的地址译码器。(二)地址译码器1.地址译码器从ROM中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字线，使该字内容通过位线输出。例如，某ROM有4位地址码，则可选择24=16个字。

设输入地址码为1010，则字线W10被选中，该

字内容通过位线输出。存储矩阵中存储单元的编址方式单译码编址方式双译码编址方式适用于小容量存储器。适用于大容量存储器。

又称单译码编址方式或单地址寻址方式D1≈D7≈地址译码器0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0≈…………单地址译码方式328存储器的结构图(1)单地址译码方式一个n位地址码的ROM有2n个字，对应2n根字线，选中字线Wi就选中了该字的所有位。328存储矩阵排成32行8列，每一行对应一个字，每一列对应32个字的同一位。32个字需要5根地址输入线。当A4~A0给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。例如，当A4~A0=00000时，选中字线W0，可将(0，0)~(0，7)这8个基本存储单元的内容同时读出。

基本单元为存储单元A5≈A7≈行地址译码器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4≈………双地址译码方式256字存储器的结构图A2列

地

址

译

码

器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组(2)双地址译码方式基本单元

为字单元例如当

A7~A0=00001111时，X15和Y0地址线均

为高电平，字W15被选中，其存储内容被读出。若采用单地址译码方式，则需256根内部地址线。256字存储器需要8根地址线，分为A7~A4和A3~A0两组。A3~A0送入行地址译码器，产生16根行地址线(Xi)；A7~A4送入列地址译码器，产生16根列地址线(Yi)。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。

2．存储矩阵

存储矩阵中W3～W0称为字线(字选线)，D00～D03称为位线(数据线)。存储矩阵的真值表如表7.2所示。

3．输出缓冲器

输出缓冲器用来提高存储器的带负载能力，并使存储器的输出电平与TTL电路的逻辑电平兼容。同时，利用缓冲器的三态控制功能，可以实现将存储器的输出端与系统的数据总线相连。

7.2.2可编程ROM1．PROM存储单元的工作原理图7.3PROM存储单元的工作原理图

2．PROM存储单元的编程原理图7.416

×

8b的PROM的结构原理图7.2.3可擦除可编程ROM1．EPROM2．E2PROM3．闪存(FlashMemory)[例]试用PROM实现下列逻辑函数解：(1)将函数化为标准与-或式(2)确定存储单元内容由函数Y1、Y2的标准与-或式知：与Y1相应的存储单元中，字线W1、W4、W5、W6对应的存储单元应为1；对应m1、m4、m5、m6与Y2相应的存储单元中，字线W3、W5、W6、W7对应的存储单元应为1。

7.2.4ROM芯片应用举例(3)画出用PROM实现的逻辑图A1≥1B1C1&&&&&&&&≥1m0m1m2m3m4m5m6m7地址译码器Y1Y2主要要求：

了解RAM的类型、结构和工作原理。了解集成RAM的使用。了解RAM和ROM的异同。7.3随机存取存储器

了解RAM的扩展方法。7.3.1RAM的基本结构

地址译码器存储矩阵读/写控制电路2n

mRAM的结构图

A0A0An-1………I/O0I/O1I/Om-1R/WCSRAM与ROM的比较

相同处

★

都含有地址译码器和存储矩阵

★

寻址原理相同

相异处

★

ROM的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路。

ROM工作时只能读出不能写入。掉电后数据

不会丢失。

★

RAM的存储矩阵由触发器或动态存储单元构

成，是时序逻辑电路。RAM工作时能读出，

也能写入。读或写由读/写控制电路进行控制。

RAM掉电后数据将丢失。RAM分类静态RAM(即StaticRAM，简称SRAM)动态RAM(即DynamicRAM，简称DRAM)DRAM存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较

慢，且需要刷新及读出放大器等外围电路。

DRAM的存储单元是利用MOS管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。SRAM存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。

3．读/写控制电路图7.22RAM的读/写控制电路

7.3.2SRAM的静态存储单元图7.236管CMOS存储单元的电路图

7.3.3DRAM的动态存储单元图7.25四管DRAM存储单元的电路图

7.4存储容量的扩展

7.4.1位扩展例7.3试用多片1024×4b的RAM扩展成一个1024×16b的RAM，则需要多少片这样的RAM芯片？并画出连接图。解(1)首先计算需要的芯片数需要的1024×4b的RAM芯片数(片)

(2)采用的方法

采用芯片并联的方法，进行位扩展。图7.26例7.3的位扩展连接图

7.4.2字扩展

例7.4若用若干片256×8b的RAM芯片扩展成一个1024×8b的RAM，则需要多少片这样的

RAM芯片？并画出连接图。解:需要的256×8b的RAM芯片数图7.27例7.4的RAM字扩展连接图

1．半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统的重要组成部件，它可分为RAM和ROM两大类，绝大多数属于MOS工艺制成的大规模数字集成电路。2．ROM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,E2PROM和快闪存储器等，其中E2PROM和快闪存