清華數(shù)字電路課件第七章__半導(dǎo)體存儲器

1、2021-6-21數(shù)電 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章將系統(tǒng)地介紹各種半導(dǎo)體存儲器的工作原理本章將系統(tǒng)地介紹各種半導(dǎo)體存儲器的工作原理 和使用方法。半導(dǎo)體存儲器包括只讀存儲器（和使用方法。半導(dǎo)體存儲器包括只讀存儲器（ROM） 和隨機(jī)存儲器（和隨機(jī)存儲器（RAM）。在只讀存儲器中，介紹了）。在只讀存儲器中，介紹了 掩模掩模ROM、PROM和快閃存儲器等不同類型的和快閃存儲器等不同類型的ROM 的工作原理和特點(diǎn)；而在隨機(jī)存儲器中，介紹了靜態(tài)的工作原理和特點(diǎn)；而在隨機(jī)存儲器中，介紹了靜態(tài) RAM（SRAM）和動態(tài)）和動態(tài)RAM（DRAM）兩種類型。）兩種類型。 此外，也此外，也介紹了存儲器擴(kuò)展容量的連接方法

2、以及用存介紹了存儲器擴(kuò)展容量的連接方法以及用存 儲器設(shè)計組合邏輯電路，儲器設(shè)計組合邏輯電路，重點(diǎn)放在這里。重點(diǎn)放在這里。 2021-6-21數(shù)電 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 7.1 概述概述 7.2 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM） 7.3 隨機(jī)存儲器（隨機(jī)存儲器（RAM） 7.4 存儲器容量的擴(kuò)展存儲器容量的擴(kuò)展 7.5 用存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 2021-6-21數(shù)電 7.1 概述概述 1. 半導(dǎo)體存儲器的定義半導(dǎo)體存儲器的定義 半導(dǎo)體存儲器就是能存儲大量二值信息（或稱作半導(dǎo)體存儲器就是能存儲大量二值信息（或稱作 二值數(shù)據(jù)）的半導(dǎo)體器件。它是屬于大規(guī)模集成電路，二值數(shù)據(jù)）的半

3、導(dǎo)體器件。它是屬于大規(guī)模集成電路， 由于計算機(jī)以及一些數(shù)字系統(tǒng)中要存儲大量的數(shù)據(jù)，由于計算機(jī)以及一些數(shù)字系統(tǒng)中要存儲大量的數(shù)據(jù)， 因此存儲器是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，其組因此存儲器是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，其組 成框圖如圖成框圖如圖7.1.1所示。所示。 輸入輸入/ /出電路出電路 I/O 輸入輸入/ /出控制出控制 圖圖7.1.1 2021-6-21數(shù)電 2.存儲器的性能指標(biāo)存儲器的性能指標(biāo) 由于計算機(jī)處理的數(shù)據(jù)量很大，運(yùn)算速度越來越由于計算機(jī)處理的數(shù)據(jù)量很大，運(yùn)算速度越來越 快，故對存儲器的速度和容量有一定的要求。所以將快，故對存儲器的速度和容量有一定的要求。所以將 存儲量和存

4、取速度作為衡量存儲器的重要性能指標(biāo)。存儲量和存取速度作為衡量存儲器的重要性能指標(biāo)。 目前動態(tài)存儲器的容量已達(dá)目前動態(tài)存儲器的容量已達(dá)109位位/片，一些高速存儲片，一些高速存儲 器的存取時間僅器的存取時間僅10ns左右。左右。 7.1 概述概述 3.半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類 （1）從存取功能上分類）從存取功能上分類 從存取功能上可分為只讀存儲器（從存取功能上可分為只讀存儲器（ReadOnly Memory，簡稱，簡稱ROM）和隨機(jī)存儲器（）和隨機(jī)存儲器（Random Access Memory，簡稱，簡稱RAM）。）。 2021-6-21數(shù)電 ROM的特點(diǎn)是在正常工作狀態(tài)下只能從中

5、讀取數(shù)據(jù)，的特點(diǎn)是在正常工作狀態(tài)下只能從中讀取數(shù)據(jù)， 不能快速隨時修改或重新寫入數(shù)據(jù)。其電路結(jié)構(gòu)簡單，不能快速隨時修改或重新寫入數(shù)據(jù)。其電路結(jié)構(gòu)簡單， 而且斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。缺點(diǎn)是只能用于存儲一而且斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。缺點(diǎn)是只能用于存儲一 些固定數(shù)據(jù)的場合。些固定數(shù)據(jù)的場合。 7.1 概述概述 a. ROM ： ROM可分為掩?？煞譃檠谀OM、可編程、可編程ROM（Programmable ReadOnly Memory，簡稱，簡稱PROM）和可擦除的可編）和可擦除的可編 程程ROM（Erasable Programmable ReadOnly Memory，簡稱，簡稱EPROM）。）

6、。 *掩模掩模ROM在制造時，生產(chǎn)廠家利用掩模技術(shù)把數(shù)據(jù)在制造時，生產(chǎn)廠家利用掩模技術(shù)把數(shù)據(jù) 寫入存儲器中，一旦寫入存儲器中，一旦ROM制成，其存儲的數(shù)據(jù)就固制成，其存儲的數(shù)據(jù)就固 定不變，無法更改。定不變，無法更改。 2021-6-21數(shù)電 *EPROM是采用浮柵技術(shù)的可編程存儲器，其數(shù)據(jù)是采用浮柵技術(shù)的可編程存儲器，其數(shù)據(jù) 不但可以由用戶根據(jù)自己的需要寫入，而且還能擦除不但可以由用戶根據(jù)自己的需要寫入，而且還能擦除 重寫，所以具有較大的使用靈活性。它的數(shù)據(jù)的寫入重寫，所以具有較大的使用靈活性。它的數(shù)據(jù)的寫入 需要通用或?qū)Ｓ玫木幊唐鳎洳脸秊檎丈洳脸?，為一需要通用或?qū)Ｓ玫木幊唐鳎洳脸秊檎丈?/p>

7、擦除，為一 次全部擦除。電擦除的次全部擦除。電擦除的PROM有有 E2PROM和快閃和快閃 ROM。 7.1 概述概述 *PROM在出廠時存儲內(nèi)容全為在出廠時存儲內(nèi)容全為1（或者全為（或者全為0),用戶用戶 可根據(jù)自己的需要寫入，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，可根?jù)自己的需要寫入，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐鳎?將某些單元改寫為將某些單元改寫為0(或?yàn)榛驗(yàn)?)。 *PROM在出廠時存儲內(nèi)容全為在出廠時存儲內(nèi)容全為1（或者全為（或者全為0),用戶用戶 可根據(jù)自己的需要寫入，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，可根?jù)自己的需要寫入，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐鳎?將某些單元改寫為將某些單元改寫為0(或?yàn)榛驗(yàn)?)。 2021-6

8、-21數(shù)電 b.隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM（讀寫存儲器）（讀寫存儲器） 隨機(jī)存儲器為在正常工作狀態(tài)下就可以隨時向存隨機(jī)存儲器為在正常工作狀態(tài)下就可以隨時向存 儲器里寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)。儲器里寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)。 根據(jù)采用的存儲單元工作原理不同隨機(jī)存儲器又根據(jù)采用的存儲單元工作原理不同隨機(jī)存儲器又 可分為靜態(tài)存儲器（可分為靜態(tài)存儲器（Static Random Access Memory， 簡稱簡稱SRAM）和動態(tài)存儲器（）和動態(tài)存儲器（Dynamic Random Access Memory，簡稱，簡稱DRAM） 7.1 概述概述 SRAM的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，的特點(diǎn)是

9、數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電， 數(shù)據(jù)就能永久保存數(shù)據(jù)就能永久保存 。但。但SRAM存儲單元所用的管子數(shù)存儲單元所用的管子數(shù) 量多，功耗大，集成度受到限制，為了克服這些缺點(diǎn)，量多，功耗大，集成度受到限制，為了克服這些缺點(diǎn)， 則產(chǎn)生了則產(chǎn)生了DRAM。它的集成度要比。它的集成度要比SRAM高得多，缺高得多，缺 點(diǎn)是速度不如點(diǎn)是速度不如SRAM。 2021-6-21數(shù)電 （2）從制造工藝上分類）從制造工藝上分類 RAM使用靈活方便，可以隨時從其中任一指定地使用靈活方便，可以隨時從其中任一指定地 址讀出（取出）或?qū)懭耄ù嫒耄?shù)據(jù)，缺點(diǎn)是具有數(shù)址讀出（取出）或?qū)懭耄ù嫒耄?shù)據(jù)，缺點(diǎn)是具有數(shù) 據(jù)的易失性，

10、即一旦失電，所存儲的數(shù)據(jù)立即丟失。據(jù)的易失性，即一旦失電，所存儲的數(shù)據(jù)立即丟失。 從制造工藝上存儲器可分為雙極型和單極型從制造工藝上存儲器可分為雙極型和單極型 （CMOS型），由于型），由于MOS電路（特別是電路（特別是CMOS電路），電路）， 具有功耗低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，所以目前大容量的存具有功耗低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，所以目前大容量的存 儲器都是采用儲器都是采用MOS工藝制作的。工藝制作的。 7.1 概述概述 2021-6-21數(shù)電 7.2 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM） 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 在采用掩模工藝制作在采用掩模工藝制作ROM時，其中存儲的數(shù)據(jù)是時，其中存儲的數(shù)

11、據(jù)是 由制作過程中使用的掩模板決定的，此模板是廠家按由制作過程中使用的掩模板決定的，此模板是廠家按 照用戶的要求專門設(shè)計的，因此出廠時數(shù)據(jù)已經(jīng)照用戶的要求專門設(shè)計的，因此出廠時數(shù)據(jù)已經(jīng)“固固 化化”在里面了。在里面了。 1. ROM的組成：的組成： ROM電電 路結(jié)構(gòu)包含存路結(jié)構(gòu)包含存 儲矩陣、地址儲矩陣、地址 譯碼器和輸出譯碼器和輸出 緩沖器三個部緩沖器三個部 分，其框圖如分，其框圖如 圖圖7.2.1所示。所示。圖圖7.2.1 2021-6-21數(shù)電 存儲矩陣是由許多存儲單元排列而成。存儲單元存儲矩陣是由許多存儲單元排列而成。存儲單元 可以是二極管、雙極型三極管或可以是二極管、雙極型三極管或

12、MOS管，每個單元能管，每個單元能 存放存放1位二值代碼（位二值代碼（0或或1)，而每一個或一組存儲單元有，而每一個或一組存儲單元有 一個相應(yīng)的地址代碼。一個相應(yīng)的地址代碼。 圖圖7.2.1 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 b.地址譯碼器地址譯碼器 2021-6-21數(shù)電 b.地址譯碼器地址譯碼器 c. 輸出緩沖器輸出緩沖器 輸出緩沖器的作用提高存儲器的帶負(fù)載能力，另外是實(shí)輸出緩沖器的作用提高存儲器的帶負(fù)載能力，另外是實(shí) 現(xiàn)對輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線相聯(lián)?，F(xiàn)對輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線相聯(lián)。 地址譯碼器是將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信地址譯碼器是將輸入的地址代

13、碼譯成相應(yīng)的控制信 號，利用這個控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選號，利用這個控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選 出，并把其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器出，并把其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器 圖圖7.2.1 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 2021-6-21數(shù)電 2. 二極管二極管ROM電路電路 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 圖圖7.2.2是具有是具有2 位地址輸入碼和位地址輸入碼和4位位 數(shù)據(jù)輸出的數(shù)據(jù)輸出的ROM電電 路。其地址譯碼器路。其地址譯碼器 是由是由4個二極管與門個二極管與門 構(gòu)成，存儲矩陣是構(gòu)成，存儲矩陣是 由二極管或門構(gòu)成，由二極管或門構(gòu)成， 輸出是由三態(tài)門組輸出是

14、由三態(tài)門組 成的。成的。 圖圖7.2.2 2021-6-21數(shù)電 其中：其中： 地址譯碼器是由地址譯碼器是由4個二極個二極 管與門組成，管與門組成，A1、A0稱稱 為地址線，譯碼器將為地址線，譯碼器將4個個 地址碼譯成地址碼譯成W0W3 4根根 線上的高電平信號。線上的高電平信號。 W0W3叫做字線。叫做字線。 圖圖7.2.2 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 存儲矩陣是由存儲矩陣是由4個二極管個二極管 或門組成的編碼器，當(dāng)或門組成的編碼器，當(dāng) W0W3每根線分別給出每根線分別給出 高電平信號時，都會在高電平信號時，都會在 D0D34根線上輸出二進(jìn)根線上輸出二進(jìn) 制代碼，制代碼， D0

15、D3稱為位稱為位 線（或數(shù)據(jù)線）。線（或數(shù)據(jù)線）。 2021-6-21數(shù)電 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 A0An-1 W0 W(2n-1) 字線字線 位線位線 2021-6-21數(shù)電 輸出端的緩沖器用來輸出端的緩沖器用來 提高帶負(fù)載能力，并提高帶負(fù)載能力，并 將輸出的高低電平變將輸出的高低電平變 換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。 同時通過給定同時通過給定 EN 信信 號實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài)號實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài) 控制，以便與總線相控制，以便與總線相 聯(lián)。在讀出數(shù)據(jù)時，聯(lián)。在讀出數(shù)據(jù)時， 只要輸入指定的地址只要輸入指定的地址 代碼，同時令代碼，同時令 EN 0,則指定的地址內(nèi)各則指

16、定的地址內(nèi)各 存儲單元所存數(shù)據(jù)便存儲單元所存數(shù)據(jù)便 出現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸出端。出現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸出端。 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.2.2的存儲的內(nèi)容的存儲的內(nèi)容 見表見表7.2.1 圖圖7.2.2 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 2021-6-21數(shù)電 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 圖圖7.2.3也可以用簡化畫法。凡是有二極管的位置，均也可以用簡化畫法。凡是有二極管的位置，均 用交叉點(diǎn)用交叉點(diǎn)“.”表示，并且省略電阻、輸出緩沖器和電表示，并且省略電阻、輸出緩沖器和電 源等符號，如圖源等符號，如圖7.2.4所示。所示。 圖圖7.2.2 20

17、21-6-21數(shù)電 注：注： a. 通常將每個輸出的代碼叫一個通常將每個輸出的代碼叫一個“字字” （WORD），），W0W1為字線，為字線，D0D3為位線，其相交為位線，其相交 叉的點(diǎn)就是一個存儲單元，其中有二極管的相當(dāng)于存叉的點(diǎn)就是一個存儲單元，其中有二極管的相當(dāng)于存1, 沒有二極管相當(dāng)于存沒有二極管相當(dāng)于存0.因此交叉點(diǎn)的數(shù)目即為存儲單元因此交叉點(diǎn)的數(shù)目即為存儲單元 數(shù)。習(xí)慣上用存儲單元的數(shù)目表示存儲器的存儲量數(shù)。習(xí)慣上用存儲單元的數(shù)目表示存儲器的存儲量 （或稱為容量）即（或稱為容量）即 b. 二極管二極管ROM的電路結(jié)構(gòu)簡單，故集成度可以做的很的電路結(jié)構(gòu)簡單，故集成度可以做的很 高，可批

18、量生產(chǎn)，價格便宜。高，可批量生產(chǎn)，價格便宜。 c. 可以把可以把ROM看成一個組合邏輯電路，每一條字線看成一個組合邏輯電路，每一條字線 就是對應(yīng)輸入變量的最小項(xiàng)，而位線是最小項(xiàng)的或，就是對應(yīng)輸入變量的最小項(xiàng)，而位線是最小項(xiàng)的或， 故故ROM可實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的與或標(biāo)準(zhǔn)式?？蓪?shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的與或標(biāo)準(zhǔn)式。 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 存儲容量字?jǐn)?shù)存儲容量字?jǐn)?shù)位數(shù)位數(shù) 如上述如上述ROM的存儲量為的存儲量為4416位位 。 2021-6-21數(shù)電 利用利用MOS工藝制成的工藝制成的ROM，其譯碼器、存儲矩陣，其譯碼器、存儲矩陣 和輸出緩沖器全部采用和輸出緩沖器全部采用MOS管。圖管。圖7.2

19、.5只給出存儲矩只給出存儲矩 陣的原理圖。存儲的數(shù)據(jù)與表陣的原理圖。存儲的數(shù)據(jù)與表7.2.1相同。相同。 圖圖7.2.5 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 2021-6-21數(shù)電 由圖中可以看出，字線和位線的交叉點(diǎn)，接由圖中可以看出，字線和位線的交叉點(diǎn)，接MOS管的管的 相當(dāng)于存相當(dāng)于存1,沒有的相當(dāng)于存沒有的相當(dāng)于存0.當(dāng)某根字線為高電平時，當(dāng)某根字線為高電平時， 接在其上的接在其上的MOS導(dǎo)通，其位線為低電平，通過三態(tài)非導(dǎo)通，其位線為低電平，通過三態(tài)非 門后，輸出數(shù)據(jù)為門后，輸出數(shù)據(jù)為1. 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 圖圖7.2.5 2021-6-21數(shù)電 掩模掩模R

20、OM的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 出廠時已經(jīng)固定，不出廠時已經(jīng)固定，不 能更改，適合大量生能更改，適合大量生 產(chǎn)簡單，便宜，非易產(chǎn)簡單，便宜，非易 失性失性 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器 2021-6-21數(shù)電 7.2.2 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROM） 在開發(fā)數(shù)字電路新產(chǎn)品的工作過程中，或小批量在開發(fā)數(shù)字電路新產(chǎn)品的工作過程中，或小批量 生產(chǎn)產(chǎn)品時，由于需要的生產(chǎn)產(chǎn)品時，由于需要的ROM數(shù)量有限，設(shè)計人員經(jīng)數(shù)量有限，設(shè)計人員經(jīng) 常希望按照自己的設(shè)想迅速寫入所需要內(nèi)容的常希望按照自己的設(shè)想迅速寫入所需要內(nèi)容的ROM。 這就出現(xiàn)了這就出現(xiàn)了PROM可編程只讀存儲器?？删幊讨蛔x存儲

21、器。 PROM的整體結(jié)構(gòu)和掩模的整體結(jié)構(gòu)和掩模ROM一樣，也有地址一樣，也有地址 譯碼器、存儲矩陣和輸出電路組成。但在出廠時存儲譯碼器、存儲矩陣和輸出電路組成。但在出廠時存儲 矩陣的交叉點(diǎn)上全部制作了存儲單元，相當(dāng)于存入了矩陣的交叉點(diǎn)上全部制作了存儲單元，相當(dāng)于存入了1. 如圖如圖7.2.6所示所示 在圖在圖7.2.6中，三極管的中，三極管的be結(jié)接結(jié)接 在字線和位線之間，相當(dāng)于字線和在字線和位線之間，相當(dāng)于字線和 位線之間的二極管?？焖偃蹟嘟z接位線之間的二極管?？焖偃蹟嘟z接 在發(fā)射極，當(dāng)想寫入在發(fā)射極，當(dāng)想寫入0時，只要把相時，只要把相 應(yīng)的存儲單元的熔斷絲燒斷即可。應(yīng)的存儲單元的熔斷絲燒斷

22、即可。 但只可編寫一次但只可編寫一次 圖圖7.2.6 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.2.7為為168位位 的的PROM結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理 圖。寫入時，要使圖。寫入時，要使 用編程器用編程器 7.2.1 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROM） 圖圖7.2.7 2021-6-21數(shù)電 由此可見由此可見PROM的內(nèi)容一旦寫入則無法更改，只的內(nèi)容一旦寫入則無法更改，只 可以寫一次，為了能夠經(jīng)常修改存儲的內(nèi)容，滿足設(shè)可以寫一次，為了能夠經(jīng)常修改存儲的內(nèi)容，滿足設(shè) 計的要求，需要能多次修改的計的要求，需要能多次修改的ROM，這就是可擦除重，這就是可擦除重 寫的寫的ROM。這種擦除分為紫外線擦除（。

23、這種擦除分為紫外線擦除（EPROM）和）和 電擦除電擦除E2PROM，及快閃存儲器（，及快閃存儲器（Flash Memory）。）。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 一、一、 EPROM（UltraViolet Erasable Programmable ReadOnly Memory，簡稱，簡稱UVEPROM） EPROM和前面的和前面的PROM在總體結(jié)構(gòu)上沒有大的在總體結(jié)構(gòu)上沒有大的 區(qū)別，只是存儲單元不同，采用疊柵注入?yún)^(qū)別，只是存儲單元不同，采用疊柵注入MOS管管 （Stackedgate Injuction MetalOxide Semic

24、onductor，簡稱，簡稱SIMOS）做為存儲單元。）做為存儲單元。 2021-6-21數(shù)電 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 1. 采用疊柵技術(shù)的采用疊柵技術(shù)的MOS管管SIMOS 圖圖7.2.8為為SIMOS的結(jié)構(gòu)原理圖和符號。它是一個的結(jié)構(gòu)原理圖和符號。它是一個N溝溝 道增強(qiáng)型道增強(qiáng)型MOS管，有兩個重疊的柵極控制柵管，有兩個重疊的柵極控制柵GC 和浮置柵和浮置柵Gf。控制柵?？刂茤臛C用于控制讀寫，浮置柵用于控制讀寫，浮置柵Gf用于用于 長期保存注入的電荷。長期保存注入的電荷。 浮置柵 控制柵 : : f c G G 圖圖7.2.8 202

25、1-6-21數(shù)電 浮置柵 控制柵 : : f c G G 圖圖7.2.8 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 當(dāng)浮置柵上沒注入電荷時，在控制柵上加上正常電當(dāng)浮置柵上沒注入電荷時，在控制柵上加上正常電 壓時能夠使漏源之間壓時能夠使漏源之間 產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，SIMOS管導(dǎo)通。管導(dǎo)通。 但當(dāng)浮置柵注入負(fù)電荷以后，必須在控制柵上加更高的但當(dāng)浮置柵注入負(fù)電荷以后，必須在控制柵上加更高的 電壓，才能抵消浮置柵上負(fù)電荷形成導(dǎo)電溝道，故電壓，才能抵消浮置柵上負(fù)電荷形成導(dǎo)電溝道，故 SIMOS管在柵極加正常電壓時是不會導(dǎo)通的。管在柵極加正常電壓時是不會導(dǎo)通的

26、。 2.工作原理工作原理 2021-6-21數(shù)電 由由SIMOS管構(gòu)成的存儲單元管構(gòu)成的存儲單元 如圖如圖7.2.9所示。所示。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 當(dāng)設(shè)計人員想寫入當(dāng)設(shè)計人員想寫入“1”時，首先時，首先 應(yīng)在漏源之間加較高的電壓應(yīng)在漏源之間加較高的電壓 （20V25V），發(fā)生雪崩擊穿。同），發(fā)生雪崩擊穿。同 時在控制柵上加以高壓脈沖時在控制柵上加以高壓脈沖 （25V/50ms),在柵極電場的作用下，在柵極電場的作用下， 浮置柵上注入電荷。此時浮置柵上注入電荷。此時Gc加正常加正常 高電平時，高電平時，SIMOS截止，截止，Dj1,而浮

27、而浮 置柵未注入電荷，置柵未注入電荷， Gc加正常高電平加正常高電平 時時SIMOS導(dǎo)通，導(dǎo)通， Dj0.即寫即寫1的操作的操作 就是對浮置柵的充電操作。就是對浮置柵的充電操作。 SIMOS管的管的EPROM用紫外線擦除，再寫入新的用紫外線擦除，再寫入新的 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 2021-6-21數(shù)電 年）光燈下分鐘（陽光下一周，熒紫外線照射 的泄放通道空穴對，提供浮柵電子生電子“擦除”：通過照射產(chǎn) ”相當(dāng)于寫入“形成注入電荷到達(dá)過 電子穿寬的正脈沖，吸引高速上加同時在 發(fā)生雪崩擊穿）間加高壓（“寫入”：雪崩注入 33020 1, 50,25 ,2520, 2 f c GSiO msVG VSD 7.

28、2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 常用的常用的EPROM有有2716(2K8)、 2732(4K8)、2764（8K8)等，等， 型號后面的幾位數(shù)表示的是存型號后面的幾位數(shù)表示的是存 儲容量，單位為儲容量，單位為K。 2021-6-21數(shù)電 二二 、E2PROM（Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory，簡寫為，簡寫為E2PROM） 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 雖然紫外線擦除的雖然紫外線擦除的EPROM具有重寫功能，但擦除具有重寫功能，但擦除 操

29、作復(fù)雜，速度慢。為了禰補(bǔ)這些不足，則產(chǎn)生了用操作復(fù)雜，速度慢。為了禰補(bǔ)這些不足，則產(chǎn)生了用 電信號擦除的電信號擦除的PROM就是就是E2PROM 。 E2PROM的存的存 儲單元采用浮柵儲單元采用浮柵 隧道氧化層隧道氧化層MOS 管，簡稱管，簡稱Flotox 管，其結(jié)構(gòu)圖和管，其結(jié)構(gòu)圖和 符號如圖符號如圖7.2.11 所示。所示。 圖圖7.2.11 2021-6-21數(shù)電 Flotox的結(jié)構(gòu)與的結(jié)構(gòu)與SIMOS管相似，也是管相似，也是N溝道溝道MOS 管，也有兩個柵極控制柵管，也有兩個柵極控制柵Gc和浮置柵和浮置柵Gf。不同的。不同的 是是Flotox管的浮置柵和漏區(qū)之間有個氧化層極薄的區(qū)管的

30、浮置柵和漏區(qū)之間有個氧化層極薄的區(qū) 域域( 210 8m）隧道區(qū)。當(dāng)隧道區(qū)的電場達(dá)到一 ）隧道區(qū)。當(dāng)隧道區(qū)的電場達(dá)到一 定程度（定程度（ 107V/cm）時，便在漏區(qū)和浮置柵之間出現(xiàn)）時，便在漏區(qū)和浮置柵之間出現(xiàn) 導(dǎo)電隧道，電子可以雙向通過，形成電流。導(dǎo)電隧道，電子可以雙向通過，形成電流。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 圖圖7.2.11 2021-6-21數(shù)電 在使用在使用Flotox管做存儲單元時，為了提高擦、寫的可管做存儲單元時，為了提高擦、寫的可 靠性，在靠性，在E2PROM的存儲單元中除了的存儲單元中除了Flotox管子外，管子外， 還有

31、一個選通管，如圖還有一個選通管，如圖7.2.12所示。所示。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） *工作原理：工作原理： a. 讀出狀態(tài)讀出狀態(tài) 在讀出時，控制柵在讀出時，控制柵Gc加加 3V電壓，如圖電壓，如圖7.2.12所示，若所示，若Wj 1，此時選通管，此時選通管T2導(dǎo)通，若導(dǎo)通，若 Flotox的浮置柵沒充電荷，則的浮置柵沒充電荷，則T1 導(dǎo)通，在位線導(dǎo)通，在位線Bj上讀出為上讀出為0 ；若；若 Flotox的浮置柵上充有電荷，則的浮置柵上充有電荷，則 T1截止，在位線截止，在位線Bj上讀出為上讀出為1. 圖圖7.2.12 Gf 3V 5V

32、2021-6-21數(shù)電 b. 擦除（寫擦除（寫1）狀態(tài)）狀態(tài) 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 當(dāng)擦除狀態(tài)時，在當(dāng)擦除狀態(tài)時，在 控制柵和位線加高電壓控制柵和位線加高電壓 脈沖脈沖(20V/10ms)，使得浮，使得浮 置柵上存儲電荷。當(dāng)控置柵上存儲電荷。當(dāng)控 制柵加正常電壓時，制柵加正常電壓時， Flotox管截止，一個字節(jié)管截止，一個字節(jié) 被擦除，則這個字節(jié)的被擦除，則這個字節(jié)的 所有存儲單元為所有存儲單元為1的狀態(tài)。的狀態(tài)。 2021-6-21數(shù)電 c.寫入（寫寫入（寫0)狀態(tài)狀態(tài) 在寫入情況下，令控在寫入情況下，令控 制柵為制柵為0V，同時在在

33、字線，同時在在字線 和位線上加和位線上加20V/10ms的脈的脈 沖電壓，應(yīng)使寫入的那些沖電壓，應(yīng)使寫入的那些 單元的單元的Flotox管的浮置柵放管的浮置柵放 電，然后在控制柵電，然后在控制柵Gc加正加正 常的常的3V電壓，使電壓，使Flotox 管導(dǎo)通，則所存儲的內(nèi)容管導(dǎo)通，則所存儲的內(nèi)容 為為0. 注：雖然注：雖然E2PROM改用電信號擦除，但由于擦除和寫改用電信號擦除，但由于擦除和寫 入需要加高電壓脈沖，且擦除和寫入的時間仍然較長，入需要加高電壓脈沖，且擦除和寫入的時間仍然較長， 所以正常工作只做所以正常工作只做ROM用。用。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存

34、儲器（EPROM） 2021-6-21數(shù)電 三、三、 快閃存儲器（快閃存儲器（Flash Memory） 其結(jié)構(gòu)和其結(jié)構(gòu)和EPROM中的中的SIMOS管相似，只是浮置管相似，只是浮置 柵和襯底之間的氧化層的厚度不同，快閃存儲器中的柵和襯底之間的氧化層的厚度不同，快閃存儲器中的 此厚度很薄，僅為此厚度很薄，僅為1015nm。以及另外一些特殊的制。以及另外一些特殊的制 造技術(shù)。因此快閃存儲器即吸收了造技術(shù)。因此快閃存儲器即吸收了EPROM的結(jié)構(gòu)簡的結(jié)構(gòu)簡 單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，也保留了單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，也保留了E2PROM擦除的快捷擦除的快捷 特性，且集成度很高。特性，且集成度很高。 7.2.3

35、可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 為提高集成度，省去為提高集成度，省去T2（選通管）改用疊柵（選通管）改用疊柵MOS管管 （類似（類似SIMOS管）管） 疊柵疊柵MOS管和管和flash存儲單元如圖存儲單元如圖7.2.13所示。所示。 2021-6-21數(shù)電 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） *工作原理：工作原理： a.讀出狀態(tài)：讀出狀態(tài)：若字線為高電平，即若字線為高電平，即Wj1,存儲單元的公存儲單元的公 共端共端Vss0.若浮柵無充電，則疊柵若浮柵無充電，則疊柵MOS管導(dǎo)通，位線管導(dǎo)通，位線 Bj輸出低電平；若浮柵

36、上充有負(fù)電荷，則疊柵輸出低電平；若浮柵上充有負(fù)電荷，則疊柵MOS管管 截止，位線截止，位線Bj輸出高電平。輸出高電平。 5V 0V 圖圖7.2.13 疊柵疊柵MOS管和存儲單元管和存儲單元 2021-6-21數(shù)電 b. 寫入狀態(tài)：寫入狀態(tài)： 首先在疊柵首先在疊柵MOS管的漏極管的漏極 經(jīng)位線加較高的電平（經(jīng)位線加較高的電平（6V），）， Vss0V，在，在 控制柵加一個幅控制柵加一個幅 度較大（度較大（12V/10s）的正脈沖，）的正脈沖， 使得管子發(fā)生雪崩擊穿，浮置使得管子發(fā)生雪崩擊穿，浮置 柵出現(xiàn)充電電荷。此時由于疊柵出現(xiàn)充電電荷。此時由于疊 柵柵MOS管的開啟電壓提高，使管的開啟電壓提高

37、，使 得字線上加正常的邏輯電平時得字線上加正常的邏輯電平時 管子不會導(dǎo)通，寫入管子不會導(dǎo)通，寫入1。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 6V 0V 2021-6-21數(shù)電 c. 擦除狀態(tài)：擦除狀態(tài)： 擦除是利用隧道效應(yīng)。在擦除是利用隧道效應(yīng)。在 控制柵處于低電平（控制柵處于低電平（0V），源），源 極加高幅度正脈沖極加高幅度正脈沖 （ 12V/100ms）的情況下，?。┑那闆r下，浮 置柵和源極之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)，置柵和源極之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)， 浮置柵的電荷通過隧道區(qū)放電，浮置柵的電荷通過隧道區(qū)放電， 此時管子的開啟電壓降低，當(dāng)此時管子的開啟電壓降低，當(dāng)

38、字線加正常高電平（字線加正常高電平（5V）時，）時， 管子就會導(dǎo)通。由于存儲單元管子就會導(dǎo)通。由于存儲單元 的源極都是連在一起的，故全的源極都是連在一起的，故全 部的存儲單元同時被擦除，這部的存儲單元同時被擦除，這 是和是和E2PROM不同的一個地方。不同的一個地方。 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM） 0V 5V 2021-6-21數(shù)電 7.3 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器（RAM） 隨機(jī)存儲器也叫隨機(jī)讀隨機(jī)存儲器也叫隨機(jī)讀/寫存儲器，即在寫存儲器，即在RAM工工 作時，可以隨時從任一指定的地址讀出數(shù)據(jù)，也可作時，可以隨時從任一指定的地址讀出數(shù)據(jù)，也可 隨時

39、將數(shù)據(jù)寫入指定的存儲單元。隨時將數(shù)據(jù)寫入指定的存儲單元。 其特點(diǎn)是：讀、寫方便，使用靈活。缺點(diǎn)是：存入的其特點(diǎn)是：讀、寫方便，使用靈活。缺點(diǎn)是：存入的 數(shù)據(jù)易丟失（即停電后數(shù)據(jù)隨之丟失）。分類：靜態(tài)數(shù)據(jù)易丟失（即停電后數(shù)據(jù)隨之丟失）。分類：靜態(tài) 隨機(jī)存儲器（隨機(jī)存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機(jī)存儲器（）和動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）。）。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 一一 、 SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 SRAM電路一般由存儲矩陣、地址譯碼器和讀電路一般由存儲矩陣、地址譯碼器和讀/ 寫控制電路（也叫輸入寫控制電路（也叫輸入/輸出電路）三部分組成，其輸出電路）

40、三部分組成，其 框圖如圖框圖如圖7.3.1所示。所示。 2021-6-21數(shù)電 其中：其中： *存儲矩陣：它是由許多存儲單元排列而成，每個存存儲矩陣：它是由許多存儲單元排列而成，每個存 儲單元都能存儲儲單元都能存儲1位二值數(shù)據(jù)（位二值數(shù)據(jù)（1或或0)，在譯碼器和讀，在譯碼器和讀/ 寫電路的控制下，即可寫入數(shù)據(jù)，也可讀出數(shù)據(jù)。寫電路的控制下，即可寫入數(shù)據(jù)，也可讀出數(shù)據(jù)。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 圖圖7.3.1 2021-6-21數(shù)電 *地址譯碼器：地址譯碼器： 地址譯碼器一般都分為地址譯碼器一般都分為行地址譯碼器和列地址譯行地址譯碼器和列地址譯 碼器碼器兩部分。行

41、地址譯碼器將輸入的地址代碼的若干兩部分。行地址譯碼器將輸入的地址代碼的若干 位位A0Ai譯成某一條字線的輸出高、低電平信號，從存譯成某一條字線的輸出高、低電平信號，從存 儲矩陣中選中一行存儲單元；儲矩陣中選中一行存儲單元； 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 2021-6-21數(shù)電 列地址譯碼器將輸入地址代碼的其余幾位列地址譯碼器將輸入地址代碼的其余幾位Ai 1 An1 譯成某一根輸出線上的高、低電平信號，從字線選中譯成某一根輸出線上的高、低電平信號，從字線選中 的一行存儲單元中再選的一行存儲單元中再選1位（或幾位），使這些被選位（或幾位），使這些被選 中的單元經(jīng)讀中的單元

42、經(jīng)讀/寫控制電路與輸入寫控制電路與輸入/輸出接通，以便對輸出接通，以便對 這些單元進(jìn)行讀、寫操作。這些單元進(jìn)行讀、寫操作。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 2021-6-21數(shù)電 *讀讀/寫控制電路寫控制電路: 讀讀/寫控制電路用于對電路的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。當(dāng)寫控制電路用于對電路的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。當(dāng) 讀讀/寫控制信號寫控制信號R/W =1時，執(zhí)行讀操作時，執(zhí)行讀操作，將存儲單元里，將存儲單元里 的數(shù)據(jù)送到輸入的數(shù)據(jù)送到輸入/輸出端上；輸出端上；當(dāng)當(dāng) R/W 0時，執(zhí)行寫操時，執(zhí)行寫操 作作，加到輸入，加到輸入/輸出端上的數(shù)據(jù)被寫入存儲單元中。在讀輸出端上的數(shù)據(jù)被寫入存

43、儲單元中。在讀 /寫控制電路中另設(shè)有片選輸入端寫控制電路中另設(shè)有片選輸入端 CS 。當(dāng)。當(dāng)CS 0時，時， RAM為正常工作狀態(tài)；當(dāng)為正常工作狀態(tài)；當(dāng)CS 1時，所有的輸入時，所有的輸入/輸出輸出 端均為高阻態(tài)，不能對端均為高阻態(tài)，不能對RAM進(jìn)行讀進(jìn)行讀/寫操作。寫操作。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 2021-6-21數(shù)電 注：上述框圖的雙向注：上述框圖的雙向 箭頭表示一組可雙向箭頭表示一組可雙向 傳輸數(shù)據(jù)的導(dǎo)線，它傳輸數(shù)據(jù)的導(dǎo)線，它 所包含的導(dǎo)線的數(shù)目所包含的導(dǎo)線的數(shù)目 等于并行輸入等于并行輸入/輸出輸出 數(shù)據(jù)的位數(shù)。數(shù)據(jù)的位數(shù)。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜

44、態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） *總之，一個總之，一個RAM有三根線：有三根線：地址線是單向的，它傳地址線是單向的，它傳 送地址碼（二進(jìn)制），以便按地址訪問存儲單元。送地址碼（二進(jìn)制），以便按地址訪問存儲單元。數(shù)數(shù) 據(jù)線是雙向的，它將數(shù)據(jù)碼（二進(jìn)制數(shù)）送入存儲矩陣據(jù)線是雙向的，它將數(shù)據(jù)碼（二進(jìn)制數(shù)）送入存儲矩陣 或從存儲矩陣讀出?；驈拇鎯仃囎x出。讀讀/寫控制線傳送讀（寫）命令，寫控制線傳送讀（寫）命令， 即讀時不寫，寫時不讀。即讀時不寫，寫時不讀。 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.3.2為為10244位的位的RAM2114的工作原理圖的工作原理圖 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRA

45、M）圖圖7.3.2 A9 2021-6-21數(shù)電 地址譯碼器：地址譯碼器：10根地址線根地址線A0A9，分，分2組，組，6根行地址根行地址 輸入線輸入線A8A3加到行地址譯碼器上，其輸出為加到行地址譯碼器上，其輸出為2664根根 行地址輸出線行地址輸出線X0X63；4根列地址輸入線根列地址輸入線A2A0、A9 加到列地址譯碼器上，譯出加到列地址譯碼器上，譯出24 16列地址輸出線，其列地址輸出線，其 輸出信號從已選中一行里挑出要讀寫的輸出信號從已選中一行里挑出要讀寫的4個存儲單元，個存儲單元， 即每個字線包含即每個字線包含4位位I/O1 I/O4。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（

46、SRAM） 邏輯符號如圖邏輯符號如圖7.3.3所示所示 圖圖7.3.3 其中：其中： 存儲單元：存儲單元：64644096， 排列成排列成64行和行和64列的矩陣列的矩陣 2021-6-21數(shù)電 *I/O1 I/O4：數(shù)據(jù)輸入：數(shù)據(jù)輸入 端也是數(shù)據(jù)讀出端。讀端也是數(shù)據(jù)讀出端。讀/ 寫操作是由寫操作是由 R/W 和和 CS 控制的?？刂频?。 *讀讀/寫控制：當(dāng)寫控制：當(dāng) CS 0， R/W 1時，為讀出狀態(tài)，時，為讀出狀態(tài)， 存儲矩陣地數(shù)據(jù)被讀出，數(shù)據(jù)從存儲矩陣地數(shù)據(jù)被讀出，數(shù)據(jù)從I/O1 I/O4輸出。當(dāng)輸出。當(dāng)CS 0, R/W 0時，執(zhí)行寫入操作，時，執(zhí)行寫入操作，I/O1 I/O4上的數(shù)

47、據(jù)上的數(shù)據(jù) 寫入到存儲矩陣中。寫入到存儲矩陣中。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 若若CS 1 ，則所有的，則所有的I/O端都處于禁止?fàn)顟B(tài)，將存儲端都處于禁止?fàn)顟B(tài)，將存儲 器內(nèi)部電路與外部連線隔離，此時可以直接把器內(nèi)部電路與外部連線隔離，此時可以直接把I/O1 I/O4與系統(tǒng)總線相連，或?qū)⒍嗥c系統(tǒng)總線相連，或?qū)⒍嗥?114的輸入的輸入/輸出端并輸出端并 聯(lián)使用。聯(lián)使用。 2021-6-21數(shù)電 如：如： A9A2A0=0001,A8 A3=111110時，則時，則 Y1=1,X62=1,這樣可這樣可 對它們交點(diǎn)對它們交點(diǎn)D4D1 進(jìn)行讀寫操作。進(jìn)行讀寫操作。 * 存儲

48、矩陣：存儲矩陣：2114中有中有64行行（164)列列4096個存?zhèn)€存 儲單元，每個存儲單元都是由儲單元，每個存儲單元都是由6個個NMOS管組成，其管組成，其 示意圖如圖示意圖如圖7.3.4所示。所示。 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 2021-6-21數(shù)電 靜態(tài)存儲單元靜態(tài)存儲單元 是在靜態(tài)觸發(fā)器的是在靜態(tài)觸發(fā)器的 基礎(chǔ)上附加門控管基礎(chǔ)上附加門控管 而成，它是靠觸發(fā)而成，它是靠觸發(fā) 器的自保持功能存器的自保持功能存 儲數(shù)據(jù)的。儲數(shù)據(jù)的。 圖圖7.3.5是由六是由六 只只N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS管組成的靜管組成的靜 態(tài)存儲單元。態(tài)存儲單元。 1.MOS管構(gòu)成：管構(gòu)

49、成： 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 圖圖7.3.5 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.3.5 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 其中：其中： T1T4：組成基本：組成基本 SR鎖存器，用于鎖存器，用于 記憶一位二值代記憶一位二值代 碼；碼； T5、T6 ：是門控：是門控 管，作模擬開關(guān)管，作模擬開關(guān) 使用，用來控制使用，用來控制 觸發(fā)器的觸發(fā)器的Q、Q ， 和和 位線位線Bj、Bj 之之 間的聯(lián)系。間的聯(lián)系。 2021-6-21數(shù)電 T5、T6的開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)狀態(tài) 是由是由 字線字線Xi 決定，決定， 當(dāng)當(dāng)Xi 1時，時， T5、 T6導(dǎo)通，鎖存器

50、的導(dǎo)通，鎖存器的 輸出和位線接通；輸出和位線接通； 當(dāng)當(dāng) Xi0時，時， T5、 T6截止，鎖存器與截止，鎖存器與 位線斷開。位線斷開。 圖圖7.3.5 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） T7、T8 ：是每一列：是每一列 存儲單元公用的兩存儲單元公用的兩 個門控管，用于和個門控管，用于和 讀讀/寫緩沖放大器寫緩沖放大器 之間的連接之間的連接 2021-6-21數(shù)電 j Y T7、T8是由列地是由列地 址譯碼器的輸出址譯碼器的輸出 端端Yj來控制的。來控制的。 當(dāng)當(dāng) Yj1時，所時，所 在的列被選中在的列被選中 ， T7、T8導(dǎo)通，這導(dǎo)通，這 時第時第i行第行第j 列的列的

51、 單元的單元與緩單元的單元與緩 沖器相連；當(dāng)沖器相連；當(dāng) Yj 0 時，時， T7、T8 截止。截止。 圖圖7.3.5 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 2021-6-21數(shù)電 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 當(dāng)存儲單元所在當(dāng)存儲單元所在 的一行和所在地的一行和所在地 一列同時被選中一列同時被選中 以后，即以后，即Xi 1 ， Yj1 ，T5、T6 、 T7、T8均處于導(dǎo)均處于導(dǎo) 通狀態(tài)，通狀態(tài)， Q、Q 和和 Bj、Bj 之間接之間接 通。通。 若這時若這時CS 0，R/W 1,則讀則讀/寫緩沖放大器的寫緩沖放大器的A1接通，接通， A2、A3不

52、通，不通，Q的狀態(tài)經(jīng)的狀態(tài)經(jīng)A1送到送到I/O端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出 圖圖7.3.5 2021-6-21數(shù)電 若若 CS 0，R/W 0 ，則，則A1不通，不通， A2、A3接通，加接通，加 到到I/O的數(shù)據(jù)被寫的數(shù)據(jù)被寫 入存儲單元。入存儲單元。 注：由于注：由于CMOS 電路的功耗極低，電路的功耗極低， 雖然制造工藝比雖然制造工藝比 較復(fù)雜，但大容較復(fù)雜，但大容 量的靜態(tài)存儲器量的靜態(tài)存儲器 幾乎全部采用幾乎全部采用 CMOS存儲單元存儲單元 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） 圖圖7.3.5 2021-6-21數(shù)電 2.雙極型雙極型SRAM的存儲單元（自學(xué)）

53、的存儲單元（自學(xué)） 7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲器（靜態(tài)隨機(jī)存儲器（SRAM） *7.3.2 動態(tài)隨機(jī)存儲器（動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM）（自學(xué)）（自學(xué)） 7.4 存儲容量的擴(kuò)展存儲容量的擴(kuò)展 當(dāng)使用一片當(dāng)使用一片ROM或或RAM器件不能滿足對存儲容器件不能滿足對存儲容 量的需求時，則需要將若干片量的需求時，則需要將若干片ROM或或RAM組合起來，組合起來， 構(gòu)成更大容量的存儲器。構(gòu)成更大容量的存儲器。存儲容量的擴(kuò)展方式有兩種：存儲容量的擴(kuò)展方式有兩種： 位擴(kuò)展方式和字?jǐn)U展方式。位擴(kuò)展方式和字?jǐn)U展方式。 7.4.1 位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展方式 若每一片若每一片ROM或或RAM的的字?jǐn)?shù)夠用而位數(shù)不足字?jǐn)?shù)夠用

54、而位數(shù)不足時，時， 應(yīng)采用位擴(kuò)展方式。接法：將各片的地址線、讀寫線、應(yīng)采用位擴(kuò)展方式。接法：將各片的地址線、讀寫線、 片選線并聯(lián)即可片選線并聯(lián)即可 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.4.1是用是用8片片10241的的RAM構(gòu)成構(gòu)成10248的的RAM 接線圖。接線圖。 7.4.1 位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展方式 圖圖7.4.1 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.4.2是由兩片是由兩片2114擴(kuò)展成擴(kuò)展成10248位的位的RAM電路連電路連 線圖。線圖。 7.4.1 位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展方式 2021-6-21數(shù)電 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 若每一片存儲器若每一片存儲器(ROM或或RAM）的數(shù)據(jù)位數(shù)夠而）

55、的數(shù)據(jù)位數(shù)夠而 字?jǐn)?shù)不夠時，則需要采用字?jǐn)U展方式，以擴(kuò)大整個存字?jǐn)?shù)不夠時，則需要采用字?jǐn)U展方式，以擴(kuò)大整個存 儲器的字?jǐn)?shù)，得到字?jǐn)?shù)更多的存儲器。儲器的字?jǐn)?shù)，得到字?jǐn)?shù)更多的存儲器。 例例7.4.1 用用4片片2568位的位的RAM接成一個接成一個10248位的位的 RAM接線圖接線圖 WR AAAA OIOI 寫信號：讀 地址線： 數(shù)據(jù)線： / 9870 70 , 70 OIOI. 9870 ,.AAAAWR 10248 RAM SC WR AA OIOI 片選信號： 寫信號：讀 地址線： 數(shù)據(jù)線： / 70 70 解：解： 2021-6-21數(shù)電 每一片每一片2568的的A0 A7可提供可提供

56、28256個地址，為個地址，為0 0到到11，用擴(kuò)展的字，用擴(kuò)展的字A8、 A9構(gòu)成的兩位代碼區(qū)別四構(gòu)成的兩位代碼區(qū)別四 片片2568的的RAM，即將，即將A8、 A9譯成四個低電平信號，譯成四個低電平信號， 分別接到四片分別接到四片2568RAM的的CS ，如下表，如下表 A9A8CS1 CS2 CS3 CS4 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 2021-6-21數(shù)電 四片四片2568RAM地址分配為地址分配為 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 2550 00 07 AA 511256 01 07 AA 767512 10 07 AA 1023768 11 07 AA (2) (3) (4)

57、 2021-6-21數(shù)電 實(shí)現(xiàn)的電路如圖實(shí)現(xiàn)的電路如圖7.4.3所示所示 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 圖圖7.4.3 2021-6-21數(shù)電 圖圖7.4.4為由為由4片片2114構(gòu)成的構(gòu)成的40964位位RAM的電路連線圖。的電路連線圖。 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 2021-6-21數(shù)電 其各片其各片RAM電路的地址分配如表電路的地址分配如表7.2.1 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 由于由于ROM芯片上沒有讀芯片上沒有讀/寫控制端，所以除此之寫控制端，所以除此之 外位擴(kuò)展方式其余引出線的接法和外位擴(kuò)展方式其余引出線的接法和RAM相同；而字?jǐn)U相同；而字?jǐn)U 展方式也同樣適用于展方

58、式也同樣適用于ROM。 2021-6-21數(shù)電 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 例例7.4.2 試用試用2564位的位的RAM，用復(fù)合擴(kuò)展的方法組成，用復(fù)合擴(kuò)展的方法組成 10248位的位的RAM。要求：要求：畫出連線圖；畫出連線圖；指出當(dāng)指出當(dāng) R/W =1，地址為，地址為0011001100時，哪個芯片組被選通？時，哪個芯片組被選通？ 指出芯片組指出芯片組(0)、(1)、(2)、(3)的地址范圍。的地址范圍。 解解 ：（1)先用位擴(kuò)展方式構(gòu)成先用位擴(kuò)展方式構(gòu)成2568位的位的RAM，其其 連線圖如圖連線圖如圖7.4.5所示；所示； 2021-6-21數(shù)電 再由字?jǐn)U展方式構(gòu)成再由字?jǐn)U展方式

59、構(gòu)成10248位位RAM，如圖，如圖7.4.6所示，所示， 所以一共用了所以一共用了8片片2564位的位的RAM。 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 2021-6-21數(shù)電 (2) 當(dāng)?shù)刂反a為當(dāng)?shù)刂反a為0011001100,且且R/W =1 時，時，A9A8=00， 2568(1)組被選中，其他組被封鎖。組被選中，其他組被封鎖。 (3)2568(1)的地址為（的地址為（0000000000)B(0011111111)B ; 2568(2)的地址為（的地址為（0100000000)B(0111111111)B ; 2568(3)的地址為（的地址為（1000000000)B(1011111111)

60、B ; 2568(4)的地址為（的地址為（1100000000)B(1111111111)B 。 。 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式 2021-6-21數(shù)電 7.5 用存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用存儲器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 對于前面講過的二極管掩模對于前面講過的二極管掩模ROM中，有一個數(shù)據(jù)輸出中，有一個數(shù)據(jù)輸出 表（如下）表（如下） A0An-1 W0 W(2n-1) 2021-6-21數(shù)電 可以看出，若把地址輸入可以看出，若把地址輸入A1和和A0看成是兩個輸入變量，看成是兩個輸入變量， 數(shù)據(jù)輸出看成是一組輸出變量，則數(shù)據(jù)輸出看成是一組輸出變量，則D3D0就是一組就是一組 A1A0的組合邏輯函數(shù)。