串行存储器教学课件

17.1概述

从存、取功能上可以分为只读存储器（Read-OnlyMemory，简称ROM）和随机存储器（RandomAccessMemory，简称RAM）两大类。随机存储器和只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器（StaticRandomAccessMemory，简称SRAM）和动态存储器（DynamicRandomAccessMemory，简称DRAM）。从制造工艺上有可以把存储器分为双极型和MOS型。27.2只读存储器（ROM）7.2.1掩模只读存储器图7-2-1ROM的电路结构框图37.2.1掩模只读存储器

ROM的电路结构包含存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器三个部分。存储矩阵由许多存储单元排列而成。存储单元可以用二极管构成，也可以用二极型三极管或MOS管构成。每个单元存放1位二值代码（0或1）。每一个或一组存储单元有一个对应的地址代码。地址译码器的作用是将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出，并把其中的数据送到输出缓冲器。输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器的带负载能力，而是实现对输出状态的三态控制，以便于系统的总线教联接。4固定ROM

只读存储器所存储的内容一般是固定不变的，常工作时只能读数，不能写入，并且在断电后不丢失其中存储的内容，故称为只读存储器。ROM组成：地址译码器存储矩阵输出电路ROM结构方框图

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地址译码器有n个输入端，有2n个输出信息，每个输出信息对应一个信息单元，而每个单元存放一个字，共有2n个字（W0、W1、…W2n-1称为字线）。

每个字有m位，每位对应从D0、D1、…Dm-1输出（称为位线）。存储器的容量是2n×m(字线×位线)。

ROM中的存储体可以由二极管、三极管和MOS管来实现。6图7-2-2

二极管ROM

字的读出方法

在对应的存储单元内存入的是1还是0，是由接入或不接入相应的二极管来决定的。

7存储矩阵为了便于表达和设计，通常将图7.2.2简化如图7.2.3所示。图7-2-34×4ROM阵列图

有存储单元地址译码器图7.2.2二极管ROM8

在编程前，存储矩阵中的全部存储单元的熔丝都是连通的，即每个单元存储的都是1。用户可根据需要，借助一定的编程工具，将某些存储单元上的熔丝用大电流烧断，该单元存储的内容就变为0，此过程称为编程。熔丝烧断后不能再接上，故PROM只能进行一次编程。7.2.2可编程只读存储器（PROM）

图7-2-4PROM的可编程存储单元9

图7-2-5PROM107.2.3可擦可编程ROM（EPROM）

最早出现的是用紫外线照射擦除的EPROM（Ulta-VioletErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称UVEPROM）。电可擦除的可编程ROM（ElectricallyErasableProgrammableRea-OnlyMemory，简称E2PROM）。快闪存储器（FlashMemory）也是一种电擦除的可编程ROM。

11浮置栅MOS管（简称FAMOS管）的栅极被SiO2绝缘层隔离，呈浮置状态，故称浮置栅。当浮置栅带负电荷时，FAMOS管处于导通状态，源极－漏极可看成短路，所存信息是0。若浮置栅上不带有电荷，则FAMOS管截止，源极－漏极间可视为开路，所存信息是1。

一、EPROM（UVEPROM）12图7-2-6

浮置栅EPROM(a)浮置栅MOS管的结构(b)EPROM存储单元带负电-导通-存0不带电-截止-存113叠栅注入MOS管（Stacked-gateInjuctionMetal-Oxide-Semiconductor，简称SIMOS管）图7-2-8

使用SIMOS管的256

1位EPROM图7-2-7SIMOS管的结构和符号14二、E2PROM在E2PROM的存储单元中采用了一种叫做浮栅隧道氧化层MOS管（FloatinggateTunnelOxide，简称Flotox管）

图7-2-11E2PROM的存储单元图7-2-10Flotox管的结构和符号15图7.2.12给出了E2PROM存储单元在三种不同工作状态下各个电极所加电压的情况。（c）写入（写0）状态（a）读出状态（b）擦除（写1）状态图7-2-11E2PROM存储单元的工作状态16三、快闪存储器（FlashMemory）

采用与EPROM中的叠栅MOS管相似的结构，同时保留了EEPROM用隧道效应擦除的快捷特性。理论上属于ROM型存储器；功能上相当于RAM。单片容量已达64MB，并正在开发256MB的快闪存储器。可重写编程的次数已达100万次。

177.3随机存储器（RAM）

7.3.1静态随机存储器（SRAM）一、SRAM的结构和工作原理二、SRAM的静态存储单元

18图7-3-1SRAM的结构框图返回19图7-3-21024

4位RAM（2114）的结构框图20图7-3-3六管NMOS静态存储单元21图7-3-4六管CMOS静态存储单元返回22图7-3-5双极型RAM的静态存储单元返回237.3.2静态随机存储器（SRAM）DRAM的动态存储单元灵敏恢复/读出放大器DRAM的总体结构24图7-3-6四管动态MOS存储单元返回25图7-3-7三管动态MOS存储单元返回26图7-3-8单管动态MOS存储单元返回27图7-3-9DRAM中的灵敏恢复/读出放大器返回28图7-3-10灵敏恢复/读出放大器的

读出过程返回（a）读出0的情况（b）读出1的情况29图7-3-11DRAM的总体结构框图307.4存储器容量的扩充

7.4.1位扩展方式7.4.2字扩展方式31图7-4-1RAM的位扩展接法返回32图7-4-2RAM的字扩展接法返回337.5用存储器实现组合逻辑函数

表7-5-1一个ROM的数据表34例7-5-1试用ROM设计一个八段字符显示的译码器，其真值表由表7-5-2给出。35图7-5-1例7-5-1的电路返回36例7-5-2试用ROM产生如下的一组多数出逻辑函数。37图7-5-2例7-5-2的ROM点阵图返回387.6串行存储器

7.6.1串行存储器的结构和工作原理

串行存储器是为适应某些设备对元器件的低功耗和小型化的要求而设计的。主要特点：所存储的数据是按一定顺序串行写入和读出的，故对每个存储单元的访问与它在存储器中的位置有关。39图7-6-1用静态移位寄存器组成的串行存储器返回40图7-6-2后进先出型串行存储器的结构框图返回41图7-6-3串、并联结构的先进先出型串行存储器返回427.6.2串行存储器中的动态MOS移位寄存单元两相有比型动态MOS移位寄存单元两相无比型动态MOS移位寄存单元动态CMOS移位寄存单元43图7-6-4有比型动态MOS反相器返回44图7-6-5两相有比型动态MOS移位寄存单元返回（a）电路结构（b）工作波形45图7-6-6无比型动态MOS反相器返回46图7-6-7两相无比型动态MOS移位

寄存单元返回（a）电路结构（b）工作波形47图7-6-8改进的两相无比型动态M