半导体存储器课件

半導體記憶體工藝雙極型MOS型TTL型ECL型速度很快、功耗大、容量小電路結構PMOSNMOSCMOS功耗小、容量大工作方式靜態MOS動態MOS存儲資訊原理靜態記憶體SRAM動態記憶體DRAM（雙極型、靜態MOS型）：

依靠雙穩態電路內部交叉回饋的機制存儲資訊。（動態MOS型）：

依靠電容存儲電荷的原理存儲資訊。功耗較大,速度快,作Cache。功耗較小,容量大,速度較快,作主存。（靜態MOS除外）4.2.1靜態MOS存儲單元與存儲晶片1.六管單元（1）組成T1、T3：MOS反相器Vcc觸發器T3T1T4T2T2、T4：MOS反相器T5T6T5、T6：控制門管ZZ：字線，選擇存儲單元位線，完成讀/寫操作WWW、W：（2）定義“0”：T1導通，T2截止；“1”：T1截止，T2導通。（3）工作T5、T6Z：加高電平，高、低電平，寫1/0。（4）保持只要電源正常，保證嚮導通管提供電流，便能維持一管導通，另一管截止的狀態不變，∴稱靜態。VccT3T1T4T2T5T6ZWW導通，選中該單元。寫入：在W、W上分別加讀出：根據W、W上有無電流，讀1/0。Z：加低電平，T5、T6截止，該單元未選中，保持原狀態。2.存儲晶片例.SRAM晶片2114（1K×4位）外特性：靜態單元是非破壞性讀出，讀出後不需重寫。地址端：2114（1K×4）191018A6A5A4A3A0A1A2CSGNDVccA7A8A9D0D1D2D3WEA9～A0（入）數據端：D3～D0（入/出）控制端：片選CS=0選中晶片=1未選中晶片寫使能WE=0寫=1讀電源、地4.2.2動態MOS存儲單元與存儲晶片1.四管單元（1）組成T1、T2：記憶管C1、C2：柵極電容T3、T4：控制門管Z：字線位線W、W：（2）定義“0”：T1導通，T2截止“1”：T1截止，T2導通T1T2T3T4ZWWC1C2（C1有電荷，C2無電荷）；（C1無電荷，C2有電荷）。（3）工作Z：加高電平，T3、T4導通，選中該單元。2.單管單元（1）組成（4）保持T1T2T3T4ZWWC1C2寫入：在W、W上分別加高、低電平，寫1/0。讀出：W、W先預充電至再根據W、W上有無電流，高電平，斷開充電回路，讀1/0。Z：加低電平，T3、T4截止，該單元未選中，保持原狀態。需定期向電容補充電荷（動態刷新），∴稱動態。四管單元是非破壞性讀出，讀出過程即實現刷新。C：記憶單元CWZTT：控制門管Z：字線W：位線3.存儲晶片（2）定義（4）保持寫入：Z加高電平，T導通，在W上加高/低電平，寫1/0。讀出：W先預充電，根據W線電位的變化，讀1/0。斷開充電回路。Z：加低電平，T截止，該單元未選中，保持原狀態。單管單元是破壞性讀出，讀出後需重寫。“0”：C無電荷，電平V0（低）CWZT外特性：“1”：C有電荷，電平V1（高）（3）工作Z加高電平，T導通，例.DRAM晶片2164（64K×1位）地址端：2164（64K×1）18916GNDCASDoA6A3A4A5A7A7～A0（入）數據端：Di（入）控制端：片選寫使能WE=0寫=1讀電源、地空閒/刷新DiWERASA0A2A1Vcc分時複用，提供16位地址。Do（出）行地址選通RAS列地址選通CAS：=0時A7～A0為行地址高8位地址：=0時A7～A0為列地址低8位地址1腳未用，或在新型號中用於片內自動刷新。4.2.3半導體記憶體邏輯設計需解決：晶片的選用、例1.用2114（1K×4）SRAM晶片組成容量為4K×8的記憶體。地址匯流排A15～A0（低）,雙向數據匯流排D7～D0（低）,讀/寫信號線R/W。給出晶片地址分配與片選邏輯,並畫出M框圖。1.計算晶片數動態M的刷新、（1）先擴展位數，再擴展單元數。主存的組織涉及：主存的校驗。地址分配與片選邏輯、信號線的連接。2片1K×4

1K×8

4組1K×8

4K×8

8片M的邏輯設計、記憶體尋址邏輯2.地址分配與片選邏輯（2）先擴展單元數，再擴展位數。4片1K×4

4K×4

2組4K×4

4K×8

8片晶片內的尋址系統(二級解碼)晶片外的地址分配與片選邏輯為晶片分配哪幾位地址，以便尋找片內的存儲單元由哪幾位地址形成晶片選擇邏輯，以便尋找晶片存儲空間分配：4KB記憶體在16位地址空間（64KB）中佔據任意連續區間。64KB1K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×4需12位地址尋址：4KBA15…A12A11A10A9……A0A11～A0000

……

0任意值

001

……

1011

……

1101

……

1010

……

0100

……

0110

……

0111

……

1片選

晶片地址

低位地址分配給晶片，高位地址形成片選邏輯。

晶片晶片地址片選信號片選邏輯1K1K1K1KA9～A0A9～A0A9～A0A9～A0CS0CS1CS2CS3A11A10A11A10A11A10A11A103.連接方式（1）擴展位數41K×41K×44101K×41K×44101K×41K×441041K×41K×441044A9~A0D7~D4D3~D044R/WA11A10CS3A11A10CS0A11A10CS1A11A10CS2（2）擴展單元數（3）連接控制線（4）形成片選邏輯電路某半導體記憶體，按位元組編址。其中，0000H～

∼07FFH為ROM區，選用EPROM晶片（2KB/片）；0800H～13FFH為RAM區，選用RAM晶片（2KB/片和1KB/片）。地址匯流排A15～A0（低）。給出地址分配和片選邏輯。例2.1.計算容量和晶片數ROM區：2KBRAM區：3KB存儲空間分配：2.地址分配與片選邏輯先安排大容量晶片（放地址低端），再安排小容量晶片。便於擬定片選邏輯。共3片

A15A14A13A12A11A10A9…A0000000……0000001……1

00001

1……1

0001001

…1

00001

0……0

0001000…0低位地址分配給晶片，高位地址形成片選邏輯。

晶片晶片地址片選信號片選邏輯2K2K1KA10～A0A10～A0A9～A0CS0CS1CS2A12A11A12A11A12A115KB需13位地址尋址：ROMA12～A064KB1K2K2KRAMA10A15A14A13為全04.2.4動態記憶體的刷新1.刷新定義和原因定義：刷新。動態記憶體依靠電容電荷存儲資訊。平時無電源供電，時間一長電容電荷會泄放，需定期向電容補充電荷，以保持資訊不變。定期向電容補充電荷原因：注意刷新與重寫的區別。破壞性讀出後重寫，以恢復原來的資訊。2.最大刷新間隔在此期間，必須對所有動態單元刷新一遍。非破壞性讀出的動態M，需補充電荷以保持原來的資訊。2ms。3.刷新方法按行讀。刷新一行所用的時間刷新週期（存取週期）刷新一塊晶片所需的刷新週期數由晶片矩陣的行數決定。對主存的訪問由CPU提供行、列地址，隨機訪問。2ms內集中安排所有刷新週期。CPU訪存：4.刷新週期的安排方式死區用在即時要求不高的場合。動態晶片刷新：

由刷新地址計數器提供行地址，定時刷新。（1）集中刷新R/W刷新R/W刷新2ms50ns（2）分散刷新各刷新週期分散安排在存取週期中。R