第七章++半导体存储器.ppt

1、第7章 半导体存储器,半导体存储器概述 只读存储器 随机存储器 存储器容量的扩展 ROM的分析与设计 小结,一. 半导体存储器 概述,存储器能够存储大量(二值)信息(或称为数据)的器件 存储器的主要指标 存储器的分类,存储器的主要指标,存储容量 指一个存储器所能存放的最大信息量。通常用B（Byte字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节） 存取时间 指完成一次存储器读/取操作所需的时间（又称读写时间） 可靠性 指存储器在规定时间内无故障工作的情况。一般采用平均无故障时间间隔（MTBF）衡量。MTBF长，存储器可靠性好。 价格 由存储器容量、性能决定。,返回,存储器的分类,按存储介质

2、：半导体存储器、磁表面存储器、光盘 按存取方式： * 只读存储器（ROM） 可随机读出其内容。 * 随机存储器（RAM） 存储单元可被随机读/写。存取 时间与存储单元的物理位置无关。 * 顺序存储器（SAM） 按指定顺序存取。即存取时间 与存储单元的物理位置有关。 * 直接存储器（DAM） 存取数据做定位搜索 （如：由磁道 扇区） 按制造工艺：双极性、MOS 按所处位置及逻辑功能：内存、外存 按信息的保护性：掉电后信息保存（非易失性ROM） /消失（易失性RAM）存储器。,返回,二. 只读存储器,只读存储器 (Read Only Memory_ROM) 特点: * 正常使用时主要对其进行读取操

3、作 * 掉电后存储的信息(数据)可保留 功能: 一般用于存放固定的数据或程序 只读存储器的分类 只读存储器的结构及工作原理 只读存储器的简化形式及数据表 只读存储器的其它构成形式 只读存储器的存储容量,只读存储器的分类,*掩膜式ROM _ 数据已确定,无法更改。,返回,*快闪存储器 _电可擦除类ROM, 具有高集成度、大容量、低成本和使用方便的特点,*可编程ROM(PROM) _ 数据可以由用户根据自己的需要写入,但一经写入就不能更改。,*紫外线可擦除ROM(EPROM) _ 数据可由用户写入,并能擦除重写。,*电可擦除ROM(E2PROM) _数据可由用户写入,并能擦除重写。,只读存储器的结

4、构及组成,结构图：,返回,组成： * 存储矩阵 由存储单元按一定规则排列。每一存储单元可存放1位二值代码。存储单元可由二极管、三极管和场效应管构成。 * 地址译码器 将输入的地址代码译成相应的控制信号，可访问存储矩阵的单元 * 输出缓冲器 提高存储器的负载能力，并实现对输出的三态控制。 只读存储器的工作原理,存储器结构及工作原理(1),* 电路图 * 分析,下一页,Wi 称为字线,地址译码器_由二极管与门构成。 对地址线A1 A0 有:,存储器结构及工作原理(2),* 电路图 * 分析,下一页,当EN=0,Di=di Di 称为位线(数据线/输出线),(2) 存储矩阵_由二极管或门构成,(3)

5、 输出缓冲器_对输出三态控制,提高驱动负载能力。,存储器结构及工作原理(3),* 分析： (1) 地址译码器_由二极管与门构成。 对n位地址信号，输出2n字线（Wi） (2) 存储矩阵_由二极管或门构成。 输出m 位位线（Di） (3) 输出缓冲器_由三态门构成 Di = di (当三态控制端EN有效时),返回,只读存储器的其它构成形式_A,ROM 的三极管结构图： 存储单元 由三极管构成:当Wi选通时,对应输出D为1。 (字线和位线交叉处存“1”),下一页,只读存储器的其它构成形式_B,ROM 的MOS管结构图： 存储单元由MOS管构成 (字线和位线交叉处存 “0”,经反相器输出为“1”),

6、下一页,只读存储器的其它构成形式_PROM,PROM 的结构原理图和工作原理:,返回,特点:在存储矩阵的每个交叉点上全部制作存储元件(存入“1”),存储元件与位线之间加入熔丝,若某存储单元存人“0”,只须将该熔丝通过大电流烧断即可.,只读存储器的其它构成形式_PROM原理,PROM 的结构原理图:,返回,原理: （1）选中要写入0的单元； （2）在数据端（D7）加入编程脉冲，经写入放大器后，在较大的脉冲电流作用下，将熔丝熔断。,只读存储器的简化形式及数据表,ROM图的简化结构图: 对应的数据表:,返回,只读存储器的存储容量,存储容量: 字线 X 位线 例1:如图所示ROM的存储容量为:4 X

7、4,返回,例2: 已知某个ROM的存储容量为:16 X 2 则其地址线为: 字线为: 数据线为: 例3: ROM的存储容量为: 1024 X 8 则其地址线为: 字线为: 数据线为:,三. 随机存储器,随机存储器RAM (Random Access Memory) 特点:(1) 可从存储单元中读出数据,也可将数据写入指 定的单元中(可读/写存储器) (2) 掉电后,存储的数据消失(丢失) 随机存储器的基本结构 静态随机存储器 动态随机存储器,随机存储器的基本结构,结构图： 组成:,返回,RAM(2114)的结构框图,地址译码器(与阵列) + 存储矩阵(或阵列) + 读/写控制电路 读/写控制端

8、（ ）:控制数据的读出和写入操作。 当 为读操作 当 为写操作 片选控制信号 ：当 RAM正常工作,RAM(2114)的结构框图,返回,特点: 地址译码器 ( 行地址译码(A3-A8),列地址译码(A0-A2,A9) ) 存储单元 （SR锁存器）,静态随机存储器（SRAM）,组成：地址译码器、存储矩阵、读/写控制电路 其中：地址译码器可分为：行地址译码器、 列地址译码器 SRAM的静态存储单元 逻辑符号 I/O : 输入/输出端(m) An-1 - A0 : 地址输入端(n) : 读/写控制端 : 片选端 特点：由双极性器件或CMOS器件构成。用触发器作为记忆元件。没有读/写操作时，能保留原有

9、信息。（不需刷新）,返回,静态随机存储器SRAM的存储单元,电路结构单元：,返回,分析: * 六管增强型NMOS管 存储单元T1,T2,T3,T4 (SR锁存器),* 字线：Xi_ T5、T6 控制触发器Q与位线Bj连接 Xi=1 所在行被选中。T5,T6 导通,字线：Yj_ T7, T8 控制Bj(Q)与读/写控制电路连接 Yi=1 所在列被选中。T7,T8 导通 第i行,第j列单元与缓冲器相连,* CS 片选控制端 当CS=1: A1,A2,A3 均高阻 当CS=0: R/W=1 A1导通,读出数据 R/W=0 A2,A3导通,写入数据. * R/W读写控制端,动态随机存储器（DRAM）,

10、组成（与SRAM相同） 地址译码器、存储矩阵、读/写控制电路 逻辑符号（与SRAM相同）和结构图 特点： （1）采用电容作为记忆元件。 对C充电存储数据“1” ；C放电存储数据“0” （2）由于电荷泄漏，需进行动态刷新，以保存数据,返回,*动态随机存储器（DRAM）-单管存储单元,单管动态存储单元. 写操作-字线X给高电平,位线Y上的数据经T被存入CS中. 读操作-字线X给高电平, CS经T向位线上的CB提供电荷,使位线获得读出的信号电平.,返回,电路结构单元,动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理.,其它结构的动态随机存储器,由于栅极电容的容量很小,电荷保存的时间有限.为了及时

11、补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失,必须定时给栅极电容补充电荷-称为刷新(或再生),*动态随机存储器（DRAM）结构图,电路结构单元,返回,T1、T2为NMOS管.数据以电荷形式存储在其栅极电容C1、C2上。 若C1充电，同时C2未被充电， 则T1导通，T2截止-称存储 0；反之存储1,预充电电路,四.存储器容量的扩展,存储器容量的扩展: (将若干片ROM/RAM组合,形成容量更大的存储器) 扩展方式: (1)位扩展;(2)字扩展;(3)位、字同时扩展 位扩展方式 字扩展方式 位、字扩展方式,4.1 位扩展方式,位扩展:扩展位线(数据输出线_I/0) 例1:将10242的RAM扩展成10244

12、的RAM,位扩展方式: 地址线并接,读/写线、片选线等并接 数据线独立,4.2 字扩展方式,字扩展:扩展地址线(A) 例1:将10242的RAM扩展成20482的RAM,字扩展方式: 地址线并接,读/写线并接、数据线并接 增加的地址线：片选线扩展 例2: 将10242的RAM扩展成20484的RAM,4.3 位、字扩展方式,位、字扩展:扩展地址线和数据线 例1:将10242的RAM扩展成20484的RAM,五. ROM的分析与应用,ROM的应用分析 用ROM设计逻辑函数,ROM的应用分析,例题1:分析如图所示电路的逻辑功能。 例题2：分析如图所示电路的逻辑功能。,返回,ROM的分析例题1,例题

13、1:分析如图所示电路的逻辑功能。 解：*由图写表达式： * 由表达式列真值表:(略) * 逻辑功能：实现8421BCD码到余3码的转换。,返回,ROM的分析例题2,例题2：分析如图所示电路的逻辑功能。,返回,解:*由图写表达式: * 由图列真值表: (见P193表4.3.9) * 逻辑功能:一位全加器,用ROM的设计逻辑函数,例题1:用ROM设计逻辑函数: 例题2:用ROM设计一个一位全减器. 例题3：用ROM实现多输出函数,返回,ROM的设计例题1,例题1:用ROM设计逻辑函数: 解：* 将函数整理成最小项表达式： * 画ROM的连接图,返回,ROM的设计例题2,例题2:用ROM设计一个一位全减器. 解：* 列真值表（减法 A B CI = COS） * 由真值表写表达式 * 由表达式画ROM的连接图,ROM的设计例题2（续）,例题2:用ROM设计一个一位全减器. 解：* 由真值表写表达式 * 由表达式画ROM的连接图,返回,ROM的设计例题3,例题3:用ROM实现多输出函数 解：* 将函数整理成最小项表达式,* 由表达式画ROM的连接图,ROM的设计例题3（续）,例题3:用RO