數(shù)字電路第7章(半導體存儲器)_3

1、第第7 7章章 半導體存儲器半導體存儲器21-2第第7 7章章 半導體存儲器半導體存儲器本章內(nèi)容本章內(nèi)容u7.1 概述概述u7.2 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）u7.3 隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）u7.4 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展u7.5 用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)31-3第第7 7章章 半導體存儲器半導體存儲器內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章將系統(tǒng)地介紹各種半導體存儲器的工作原理和使本章將系統(tǒng)地介紹各種半導體存儲器的工作原理和使用方法。半導體存儲器包括只讀存儲器（用方法。半導體存儲器包括只讀存儲器（ROM）和隨機）和隨機存儲器（存儲器（RAM）。在只讀存儲器中，

2、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的工作原理和特的工作原理和特點；而在隨機存儲器中，介紹了點；而在隨機存儲器中，介紹了靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）和和動態(tài)動態(tài)RAM（DRAM）兩種類型。此外，也介紹了）兩種類型。此外，也介紹了存儲器存儲器擴展容量的連接方法擴展容量的連接方法以及用以及用存儲器設計組合邏輯電路存儲器設計組合邏輯電路。41-4（1） 半導體存儲器的定義半導體存儲器的定義 半導體存儲器就是能存儲大量二值信息（或稱作二值半導體存儲器就是能存儲大量二值信息（或稱作二值數(shù)據(jù)）的半導體器件。它是屬于大規(guī)模集成電路，由于

3、計數(shù)據(jù)）的半導體器件。它是屬于大規(guī)模集成電路，由于計算機以及一些數(shù)字系統(tǒng)中要存儲大量的數(shù)據(jù)，因此存儲器算機以及一些數(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。是數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。7.1 概述概述51-5（1） 半導體存儲器的定義半導體存儲器的定義7.1 概述概述u 存在矛盾：存在矛盾：- 單元數(shù)龐大單元數(shù)龐大- 輸入輸入/ /輸出引腳數(shù)目有限輸出引腳數(shù)目有限u 解決方法：解決方法：- 對存儲器每個存儲單元編了地址，只有被地址對存儲器每個存儲單元編了地址，只有被地址代碼指定的存儲單元才能與公共的輸入輸出引腳代碼指定的存儲單元才能與公共的輸入輸出引腳接通，進行

4、數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭耄〗油?，進行數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭耄?1-6輸入輸入/ /出電路出電路I/O輸入輸入/ /出控制出控制7.1 概述概述半導體存儲器組成框圖如圖示：半導體存儲器組成框圖如圖示：71-7（2）存儲器的性能指標）存儲器的性能指標 由于計算機處理的數(shù)據(jù)量很大，運算速度越來由于計算機處理的數(shù)據(jù)量很大，運算速度越來越快，故對存儲器的速度和容量有一定的要求。越快，故對存儲器的速度和容量有一定的要求。衡量存儲器的重要性能指標：衡量存儲器的重要性能指標：u存儲容量：存儲容量：動態(tài)存儲器的容量已達動態(tài)存儲器的容量已達109位位/片片u存取速度：存取速度：高速存儲器的存取時間僅高速存儲器的存取時間僅10n

5、s左右。左右。7.1 概述概述81-8（3）半導體存儲器的分類）半導體存儲器的分類u從存取功能上分類從存取功能上分類 只讀存儲器（只讀存儲器（ReadReadOnly MemoryOnly Memory，簡稱，簡稱ROMROM） 隨機存儲器（隨機存儲器（Random Access MemoryRandom Access Memory，簡稱，簡稱RAMRAM）。）。u從制造工藝上分類從制造工藝上分類 雙極型：使用空穴和電子兩種粒子導電；雙極型：使用空穴和電子兩種粒子導電； 單極型：由于單極型：由于MOSMOS電路（特別是電路（特別是CMOSCMOS電路，互補金屬電路，互補金屬氧化物半導體），具有

6、功耗低、集成度高的優(yōu)點，所以氧化物半導體），具有功耗低、集成度高的優(yōu)點，所以目前大容量的存儲器都是采用目前大容量的存儲器都是采用MOSMOS工藝制作的。工藝制作的。7.1 概述概述91-9（3）半導體存儲器的分類）半導體存儲器的分類只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）n 其特點是只能從中讀取數(shù)據(jù)，不能快速隨時修改或其特點是只能從中讀取數(shù)據(jù)，不能快速隨時修改或重新寫入數(shù)據(jù)。重新寫入數(shù)據(jù)。n 優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，且斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，且斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。n 缺點是只能用于存儲一些固定數(shù)據(jù)的場合。缺點是只能用于存儲一些固定數(shù)據(jù)的場合。n ROMROM可分為：掩?？煞譃椋貉?/p>

7、模ROMROM、可編程、可編程ROMROM（Programmable ROM，簡稱，簡稱PROM）和可擦除的可編程）和可擦除的可編程ROMROM（Erasable PROM，簡稱，簡稱EPROM）。）。7.1 概述概述101-10（3）半導體存儲器的分類）半導體存儲器的分類只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）n 掩模掩模ROMROM在制造時，生產(chǎn)廠家利用掩模技術(shù)把數(shù)據(jù)寫在制造時，生產(chǎn)廠家利用掩模技術(shù)把數(shù)據(jù)寫入存儲器中，一旦入存儲器中，一旦ROMROM制成，其存儲的數(shù)據(jù)就固定不變，制成，其存儲的數(shù)據(jù)就固定不變，無法更改。無法更改。n PROMPROM在出廠時存儲內(nèi)容全為在出廠時存儲內(nèi)容全為1

8、1，用戶可根據(jù)自己的需，用戶可根據(jù)自己的需要，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，將某些單元改寫為要，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，將某些單元改寫? 0。n EPROMEPROM是采用浮柵技術(shù)的可編程存儲器，其數(shù)據(jù)不但是采用浮柵技術(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，而且還能擦除重寫可以由用戶根據(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。所以具有較大的使用靈活性。7.1 概述概述111-11（3）半導體存儲器的分類）半導體存儲器的分類隨機存儲器（隨機存儲器（RAMRAM）n 其特點是隨時向存儲器寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)；其特點是隨時向存儲器寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)；n 優(yōu)

9、點是使用靈活方便；優(yōu)點是使用靈活方便；n 缺點是具有數(shù)據(jù)的易失性，即一旦失電，所存儲的缺點是具有數(shù)據(jù)的易失性，即一旦失電，所存儲的數(shù)據(jù)立即丟失。數(shù)據(jù)立即丟失。n 根據(jù)采用的存儲單元工作原理不同隨機存儲器又可根據(jù)采用的存儲單元工作原理不同隨機存儲器又可分為靜態(tài)存儲器（分為靜態(tài)存儲器（Static Random Access Memory，簡，簡稱稱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121-12（3）半導體存儲器的分類）半導體存儲器的分類隨機存儲器（隨機存儲器（RAMRAM）n SRAMSRAM的特

10、點是數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，數(shù)的特點是數(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。但據(jù)就能永久保存。但SRAMSRAM存儲單元所用的管子數(shù)量多，存儲單元所用的管子數(shù)量多，功耗大，集成度受到限制功耗大，集成度受到限制; ;n 為了克服這些缺點，則產(chǎn)生了為了克服這些缺點，則產(chǎn)生了DRAMDRAM。它的集成度要。它的集成度要比比SRAMSRAM高得多，缺點是速度不如高得多，缺點是速度不如SRAMSRAM。7.1 概述概述131-13n 7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器n 7.2.2 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROM）n 7.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（可擦除的可編

11、程只讀存儲器（EPROM）7.2 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）141-147.2.1 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)是由制時，其中存儲的數(shù)據(jù)是由制作過程中使用的掩模板決定的，此模板是廠家按照用戶的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計的，因此出廠時數(shù)據(jù)已經(jīng)要求專門設計的，因此出廠時數(shù)據(jù)已經(jīng)“固化固化”在里面了。在里面了。151-15（1） ROM的組成：的組成：7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器存儲矩陣存儲矩陣由許多存儲單元排列而成。存儲單元可以是二極管、由許多存儲單元排列而成。存儲單元可以是二極管、

12、雙極型三極管或雙極型三極管或MOS管，每個單元存放管，每個單元存放1位二值代碼，而每位二值代碼，而每一個一個/組存儲單元對應一個相應的地址代碼組存儲單元對應一個相應的地址代碼。161-16（1） ROM的組成：的組成：7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器地址譯碼器地址譯碼器將輸入的地址代碼譯成相應的控制信號，利用將輸入的地址代碼譯成相應的控制信號，利用控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選出，并將其中的數(shù)控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選出，并將其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器。據(jù)送到輸出緩沖器。171-17（1） ROM的組成：的組成：7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器輸出緩沖器輸出緩沖器的作

13、用提高存儲器的帶負載能力，另外是實現(xiàn)的作用提高存儲器的帶負載能力，另外是實現(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)。對輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線相聯(lián)。181-18（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三態(tài)輸出的緩沖器三態(tài)輸出的緩沖器二極管實現(xiàn)的與門二極管實現(xiàn)的與門二極管實現(xiàn)的或門二極管實現(xiàn)的或門191-19（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7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器2 2 位位地地址址輸輸入入碼碼4 4位數(shù)據(jù)輸出位數(shù)據(jù)輸出由三態(tài)門組成由三態(tài)門組成201-20（2） 二極管二極管ROM電路電路

14、7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器工作原理：工作原理：u 地址譯碼器將地址譯碼器將4個地個地址碼譯成址碼譯成W0 W3 （稱（稱為字線）為字線） 四根線上的高四根線上的高電平信號。電平信號。W0 = A1A0W1 = A1A0W2 = A1A0W3 = A1A0211-21（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工作原理：工作原理：u存儲矩陣相當于編碼存儲矩陣相當于編碼器；當器；當W0W3每根線分每根線分別給出高電平信號時，別給出高電平信號時，都會在都會在d0d3（稱為位（稱為位線或數(shù)據(jù)線）四根線上線或數(shù)據(jù)線）四根線上輸出二進制代碼。輸出二進制代碼。d0

15、 = W0+W1d1 = W1+W3 d2 = W0+W2+W3 d3 = W1+W3221-22（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工作原理：工作原理：字線字線位線位線“與與”陣列陣列(地址譯碼地址譯碼器器)“或或”陣列陣列（存儲矩（存儲矩陣）陣）輸出輸出地址地址A0An-1W0W2n-1“與與” 項項d0d2n-1231-23（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工作原理：工作原理：u在讀出數(shù)據(jù)時，只要在讀出數(shù)據(jù)時，只要輸入指定的地址代碼，輸入指定的地址代碼，同時令同時令 EN 0，則指，則指定的地址內(nèi)各存儲單元定的

16、地址內(nèi)各存儲單元所存數(shù)據(jù)便出現(xiàn)在數(shù)據(jù)所存數(shù)據(jù)便出現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸出端。輸出端。241-24工作原理：工作原理：7.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器（2） 二極管二極管ROM電路電路W0 = A1A0W1 = A1A0W2 = A1A0W3 = A1A0d0 = W0+W1d1 = W1+W3 d2 = W0+W2+W3 d3 = W1+W3251-257.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器（2） 二極管二極管ROM電路電路凡有二極管的位置，均用交叉點凡有二極管的位置，均用交叉點“.”表示，并且省略電表示，并且省略電阻、輸出緩沖器和電源等符號，如上圖示：阻、輸出緩沖器和電源等符號，如上圖示：26

17、1-267.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器（2） 二極管二極管ROM電路電路兩個概念：兩個概念： a. 存儲矩陣的每個交叉點是存儲矩陣的每個交叉點是一個存儲單元一個存儲單元，其中有二極，其中有二極管的相當于存管的相當于存“1”, 無二極無二極管相當于存管相當于存“0”. b. 用存儲單元的數(shù)目表示存用存儲單元的數(shù)目表示存儲器的存儲量儲器的存儲量:存儲容量字數(shù)存儲容量字數(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。271-277.2.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器（3） 掩模掩模ROM的總結(jié)的總結(jié)u出廠時已經(jīng)固定，不能更改，適合大量生產(chǎn)出廠時已經(jīng)固定，不能更改，適合大量

18、生產(chǎn)u電路簡單，集成度高，便宜，非易失性；電路簡單，集成度高，便宜，非易失性；u可以把可以把ROM看成一個組合邏輯電路，看成一個組合邏輯電路，每一條字線就是每一條字線就是對應輸入變量的最小項，而位線是最小項的或?qū)斎胱兞康淖钚№?，而位線是最小項的或，故，故ROM可實現(xiàn)邏輯函數(shù)的可實現(xiàn)邏輯函數(shù)的與或與或標準式。如下圖：標準式。如下圖：281-28100WWD311WWD3202WWWD313WWD W3=A1A0m3m2W2=A1A0m1W1=A1A0m0W0=A1A0A0A1地地址址譯譯碼碼器器D3D2D1D0 簡化的簡化的ROMROM存儲矩陣陣列圖存儲矩陣陣列圖7.2.1 掩模只讀存儲器掩

19、模只讀存儲器291-297.2.2 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，由于需要的批量生產(chǎn)產(chǎn)品時，由于需要的ROM數(shù)量有限，數(shù)量有限，設計人員經(jīng)常希望按照自己的設想迅速寫入所需設計人員經(jīng)常希望按照自己的設想迅速寫入所需要內(nèi)容的要內(nèi)容的ROM。這就出現(xiàn)了。這就出現(xiàn)了PROM可編程只可編程只讀存儲器。讀存儲器。301-30PROM的整體結(jié)構(gòu)和掩模的整體結(jié)構(gòu)和掩模ROM一樣。存儲單元不同。一樣。存儲單元不同。u出廠時，在存儲矩陣的所有出廠時，在存儲矩陣的所有交叉點上制作了存儲元件。交叉點上制作了

20、存儲元件。u三極管的三極管的 “be結(jié)結(jié)” 接在字線接在字線和位線之間，相當于二極管。和位線之間，相當于二極管。u快速熔斷絲接在發(fā)射極，當快速熔斷絲接在發(fā)射極，當想寫入想寫入0時，只要把相應的存時，只要把相應的存儲單元的熔斷絲燒斷即可。儲單元的熔斷絲燒斷即可。7.2.2 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROM ）（1）PROM的電路結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)311-31圖為圖為168位位PROM結(jié)構(gòu)原理圖；結(jié)構(gòu)原理圖；寫入時要使用編程器。寫入時要使用編程器。7.2.2 PROM（1）PROM的電路的電路321-32u PROM一旦寫入則無法更改，只可寫一次；一旦寫入則無法更改，只可寫一次；u為了能夠

21、經(jīng)常修改存儲的內(nèi)容，滿足設計的要求，為了能夠經(jīng)常修改存儲的內(nèi)容，滿足設計的要求，需要能多次修改的需要能多次修改的ROM，這就是可擦除重寫的，這就是可擦除重寫的ROM。這種擦除分為紫外線擦除（這種擦除分為紫外線擦除（EPROM）和電擦除）和電擦除E2PROM，及快閃存儲器（，及快閃存儲器（Flash Memory）。）。7.2.2 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROM ）331-33種類種類信息存取方式信息存取方式特點特點用途用途掩膜掩膜ROM內(nèi)容只能讀出，內(nèi)容只能讀出，不能改變不能改變.半導體廠家用掩膜技術(shù)寫半導體廠家用掩膜技術(shù)寫入程序入程序,成本低成本低適用于批量生產(chǎn)適用于批量生產(chǎn)不

22、不適用研究工作適用研究工作PROM內(nèi)容只能讀出，內(nèi)容只能讀出，不能改變不能改變.用戶使用特殊方法進行編用戶使用特殊方法進行編程程,只能寫一次只能寫一次,不能修改不能修改適用于批量生產(chǎn)適用于批量生產(chǎn)不不適用研究工作適用研究工作EPROM固化程序用紫固化程序用紫外線光照外線光照515min擦除，擦除，擦除后可重新擦除后可重新固化數(shù)據(jù)。固化數(shù)據(jù)。用戶可以對芯片進行多次用戶可以對芯片進行多次編程和擦除。編程和擦除。適用于研究工作不適用于研究工作不適用批量生產(chǎn)適用批量生產(chǎn)E2PROM實現(xiàn)全片和字實現(xiàn)全片和字節(jié)擦寫與改寫節(jié)擦寫與改寫集成度和速度不及集成度和速度不及EPROM,價格高價格高,擦寫在原擦寫在原

23、系統(tǒng)中在線進行。系統(tǒng)中在線進行。作為非易失性作為非易失性RAM使用。使用。Flash Memory可以整體電擦可以整體電擦除（時間除（時間1S）和按字節(jié)重新和按字節(jié)重新高速編程。高速編程。CMOS 低功耗；低功耗；編程快編程快（每個字節(jié)編程（每個字節(jié)編程100s，整個芯片整個芯片0. 5s）；）；擦寫次擦寫次數(shù)多數(shù)多（通常可達到（通?？蛇_到10萬萬）與與E2PROM比較：容量大、比較：容量大、價格低、可靠性高等優(yōu)勢。價格低、可靠性高等優(yōu)勢。需要周期性地修改需要周期性地修改被存儲的數(shù)據(jù)表的被存儲的數(shù)據(jù)表的場合。場合。341-34n 隨機存儲器也叫隨機讀隨機存儲器也叫隨機讀/寫存儲器，即可以隨時從

24、寫存儲器，即可以隨時從任一指定的地址讀出數(shù)據(jù)，也可隨時將數(shù)據(jù)寫入指任一指定的地址讀出數(shù)據(jù)，也可隨時將數(shù)據(jù)寫入指定的存儲單元。定的存儲單元。n 優(yōu)點：讀、寫方便，使用靈活。優(yōu)點：讀、寫方便，使用靈活。n 缺點：存入的數(shù)據(jù)易丟失（即停電后數(shù)據(jù)隨之丟缺點：存入的數(shù)據(jù)易丟失（即停電后數(shù)據(jù)隨之丟失）。失）。n 分類：分類：靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）動態(tài)隨機存儲器（動態(tài)隨機存儲器（DRAM）7.3 隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）351-35（1） 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

25、控制電路（也叫輸入/輸出電路）三部分組成。輸出電路）三部分組成。7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）361-36（1） SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）u存儲矩陣：存儲矩陣：由許多存儲單元排列由許多存儲單元排列而成，每個存儲單元而成，每個存儲單元都能存儲都能存儲1位二值數(shù)據(jù)位二值數(shù)據(jù)（1或或0)，在譯碼器和，在譯碼器和讀讀/寫電路的控制下，寫電路的控制下，即可寫入數(shù)據(jù)，也可即可寫入數(shù)據(jù)，也可讀出數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)。371-37（1） SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（S

26、RAM）u地址譯碼器：地址譯碼器：行地址譯碼器行地址譯碼器將輸入將輸入的地址代碼的若干位的地址代碼的若干位A0Ai譯成某一條字譯成某一條字線的輸出高、低電平線的輸出高、低電平信號，信號，從存儲矩陣中從存儲矩陣中選中一行存儲單元選中一行存儲單元。381-38（1） SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）u地址譯碼器：地址譯碼器：列地址譯碼器列地址譯碼器將輸入將輸入地址代碼的其余幾位地址代碼的其余幾位Ai+1 An-1譯成某一根譯成某一根輸出線上的高、低電輸出線上的高、低電平信號，平信號，從字線選中從字線選中的一行存儲單元中再的一行存儲單元中

27、再選選1位（或幾位），位（或幾位），使這些被選中的單元經(jīng)讀使這些被選中的單元經(jīng)讀/寫控制電路與輸入寫控制電路與輸入/輸出接通，輸出接通，以便對這些單元進行讀、寫操作。以便對這些單元進行讀、寫操作。391-39（1） SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）u讀讀/寫控制電路：寫控制電路：讀寫控制信號讀寫控制信號R/W ：當當 R/W =1時時: 讀操作；讀操作；當當 R/W =0時時: 寫操作。寫操作。片選輸入端片選輸入端 CS :當當CS 0時，時，RAM為正常工作狀態(tài)；為正常工作狀態(tài)；當當CS 1時，所有的輸入時，所有的輸入/輸出端均為

28、高阻態(tài)輸出端均為高阻態(tài);表示一組可雙向表示一組可雙向傳輸數(shù)據(jù)的導線傳輸數(shù)據(jù)的導線401-40（1） SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）總之，總之，RAM有三根線：有三根線：地址線是單向的，它地址線是單向的，它傳送地址碼，以便按地傳送地址碼，以便按地址訪問存儲單元。址訪問存儲單元。數(shù)據(jù)線是雙向的，它數(shù)據(jù)線是雙向的，它將數(shù)據(jù)碼（二進制數(shù)）將數(shù)據(jù)碼（二進制數(shù)）送入存儲矩陣或從存儲送入存儲矩陣或從存儲矩陣讀出。矩陣讀出。讀讀/寫控制線傳送讀（寫）命令，即讀時不寫，寫時不讀。寫控制線傳送讀（寫）命令，即讀時不寫，寫時不讀。411-41下圖為下圖

29、為10244位的位的RAM2114的邏輯符號圖及工作原理圖：的邏輯符號圖及工作原理圖：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）421-42A9431-43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根行地址輸出線根行地址輸出線X0X63；4根列地址輸入線根列地址輸入線A9 A2A1A0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，

30、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。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7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）441-44讀讀/寫控制：當寫控制：當 CS 0， R/W 1時，為讀出狀態(tài)，存儲時，為讀出狀態(tài)，存儲矩陣地數(shù)據(jù)被讀出，數(shù)據(jù)從矩陣地數(shù)據(jù)被讀出，數(shù)據(jù)從I/O1 I/O4輸出。當輸出。當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)據(jù)寫入到上的數(shù)據(jù)寫入到存儲矩陣中。若存儲矩陣中。若CS 1 ，則所有的，則所有的I/O端都處于禁止狀態(tài)，端都處于禁止狀態(tài)，將存儲器內(nèi)

31、部電路與外部連線隔離，此時可以直接把將存儲器內(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/輸出端輸出端并聯(lián)使用。并聯(lián)使用。I/O1 I/O4：數(shù)據(jù)輸入端也：數(shù)據(jù)輸入端也是數(shù)據(jù)讀出端。讀是數(shù)據(jù)讀出端。讀/寫操作寫操作是由是由 R/W 和和 CS 控制的。控制的。7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）451-45如：如：A9A2A0=0001,A8A3=111110時，則時，則Y1=1,X62=1,這樣可這樣可對它們交點對它們交點D4D1進行讀寫操作。進行讀寫操作。存儲矩陣：存儲矩陣：2114中有中有6

32、4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）。管組成）。7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）461-46（2） SRAM的靜態(tài)存儲單元的靜態(tài)存儲單元靜態(tài)存儲單元是在靜靜態(tài)存儲單元是在靜態(tài)觸發(fā)器的基礎上附態(tài)觸發(fā)器的基礎上附加門控管而成，它是加門控管而成，它是靠觸發(fā)器的靠觸發(fā)器的自保持自保持功功能存儲數(shù)據(jù)的。能存儲數(shù)據(jù)的。右圖是由六只右圖是由六只N N溝道溝道增強型增強型MOSMOS管組成的管組成的靜態(tài)存儲單元。靜態(tài)存儲單元。1.MOS管構(gòu)成：管構(gòu)成：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）471-4

33、7（2） SRAM的靜態(tài)存儲單元的靜態(tài)存儲單元1.MOS管構(gòu)成：管構(gòu)成：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）T1T4：組成基本：組成基本SR鎖存器，用于記憶一鎖存器，用于記憶一位二值代碼；位二值代碼；T5T6 ：是門控管，：是門控管，作模擬開關(guān)使用，用作模擬開關(guān)使用，用來控制觸發(fā)器的來控制觸發(fā)器的Q、Q ，和和 位線位線Bj、Bj 之間的聯(lián)系。之間的聯(lián)系。 481-48（2） SRAM的靜態(tài)存儲單元的靜態(tài)存儲單元1.MOS管構(gòu)成：管構(gòu)成：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）T5、T6的開關(guān)狀態(tài)是的開關(guān)狀態(tài)是由由 字線字線Xi 決定：決定：當當Xi 1時時，

34、T5、T6導通，鎖存器的輸出導通，鎖存器的輸出和位線接通；和位線接通；當當 Xi0時時， T5、T6截止，鎖存器與位線截止，鎖存器與位線斷開。斷開。491-49（2） SRAM的靜態(tài)存儲單元的靜態(tài)存儲單元1.MOS管構(gòu)成：管構(gòu)成：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）T7、T8 ：是每一列：是每一列存儲單元公用的門存儲單元公用的門控管，用于和讀控管，用于和讀/寫寫緩沖器間的連接。緩沖器間的連接。T7、T8是由列地址是由列地址譯碼器的輸出端譯碼器的輸出端Yj來來控制。當控制。當 Yj =1，T7、T8導通，第導通，第i行第行第j 列列的單元與緩沖器相的單元與緩沖器相連；當連；當Y

35、j j =0 時，時， T7、T8截止。截止。501-50（2） SRAM的靜態(tài)存儲單元的靜態(tài)存儲單元2.工作原理：工作原理：7.3.1 靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）當存儲單元所在的一當存儲單元所在的一行和所在地一列同時行和所在地一列同時被選中以后，即被選中以后，即Xi 1 ，Yj1 ，T5、T6 、T7、T8均處于導通狀均處于導通狀態(tài)，態(tài)， Q、Q 和和 Bj、Bj 之間接通。之間接通。若這時若這時CS 0，R/W 1,則讀則讀/寫緩沖器的寫緩沖器的A1接通，接通，A2、A3不通，不通，Q的狀態(tài)經(jīng)的狀態(tài)經(jīng)A1送到送到I/O端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。若若 CS 0，R/

36、W 0 ，則，則A1不通，不通， A2、A3接通，加到接通，加到I/O的數(shù)據(jù)被寫入存儲單元。的數(shù)據(jù)被寫入存儲單元。注：由于注：由于CMOS電路功耗極低，大容量的電路功耗極低，大容量的靜態(tài)存儲器幾乎全部采用靜態(tài)存儲器幾乎全部采用CMOS存儲單元存儲單元511-51 當使用一片當使用一片ROM或或RAM器件不能滿足對存儲器件不能滿足對存儲容量的需求時，則需要將若干片容量的需求時，則需要將若干片ROM或或RAM組合組合起來，構(gòu)成更大容量的存儲器。起來，構(gòu)成更大容量的存儲器。7.4 存儲容量的擴展存儲容量的擴展存儲容量的擴展方式有兩種：存儲容量的擴展方式有兩種：u 位擴展方式位擴展方式u 字擴展方式。

37、字擴展方式。521-52u 若每一片若每一片ROM或或RAM的的字數(shù)夠用而位數(shù)不足字數(shù)夠用而位數(shù)不足時，應采用位擴展方式。時，應采用位擴展方式。 u 接法：接法：將各片的地址線、讀寫線、片選線并將各片的地址線、讀寫線、片選線并聯(lián)即可。聯(lián)即可。7.4.1 位擴展方式位擴展方式531-53下圖是用下圖是用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 位擴展方式位擴展方式541-54下圖是由兩片下圖是由兩片2114擴展成擴展成10248位的位的RAM電路連線圖。電路連線圖。7.4.1 位擴展方式位擴展方式551-55u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)）的數(shù)據(jù)位數(shù)夠而字數(shù)不夠時，則需要采用字擴展方式，以擴夠而字數(shù)不夠時，則需要采用字擴展方式，以擴大整個存儲器的字數(shù)，得到字數(shù)更多的存儲器。大整個存儲器的字數(shù)，得到字數(shù)更多的存儲器。7.4.2 字擴展方式字擴展方式561-56例：用例：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SCWRAAOIOI片選信號：寫信號：讀地址線：數(shù)據(jù)線：/7070解：解：7.4.2 字擴展方式字擴展方式70OIOI.9870,.AAAAWR10248 RAMWRAAAAOIOI寫信