數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第7章 半導(dǎo)體存儲器資料

1、第七章 半導(dǎo)體存儲器7.1 只讀存儲器（ROM）7.2 隨機(jī)(su j)存儲器（RAM）共三十九頁存儲器用以存儲二進(jìn)制信息的器件。半導(dǎo)體存儲器的分類：根據(jù)使用功能的不同，半導(dǎo)體存儲器可分為兩大類：（1）隨機(jī)存取存儲器（RAM）也叫做讀/寫存儲器。既能方便(fngbin)地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時寫入新的數(shù)據(jù)。RAM的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)易失，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。（2）只讀存儲器（ROM）其內(nèi)容只能讀出不能寫入。 存儲的數(shù)據(jù)不會因斷電而消失，即具有非易失性。共三十九頁存儲器的主要(zhyo)指標(biāo) （1）存儲器的容量：存儲器的容量=2nm(bit) n：地址線總數(shù)， 2n 稱為字線數(shù)。 m: 每一

2、地址單元存儲m位二值數(shù)，又稱為位線數(shù)。8位為一字節(jié)(Byte)， 210=1024=1K, 220=1024K=1M, 230=1024M=1G例：11根地址線，8根數(shù)據(jù)線（8位輸出），容量為2118=16Kb=2KB(2)存取時間接收到尋址信號(xnho)到讀/寫數(shù)據(jù)為止。共三十九頁存儲器的結(jié)構(gòu)(jigu) 共三十九頁存儲器的工作(gngzu)原理 以一個224的存儲器為例進(jìn)行說明。它有二根地址線A1、A0，四根數(shù)據(jù)線D3 D0。二根地址線有四種地址組合，假設(shè)對應(yīng)輸出(shch)數(shù)據(jù)如表。 存儲器MD3D2D1D0A1A0共三十九頁第七章 半導(dǎo)體存儲器7.1 只讀存儲器（ROM）7.2 隨機(jī)

3、(su j)存儲器（RAM）共三十九頁ROM (read-only memory)由地址譯碼器和存儲體兩部分構(gòu)成。地址譯碼器產(chǎn)生了輸入變量的全部最小項(xiàng)，即實(shí)現(xiàn)(shxin)了對輸入變量的與運(yùn)算；存儲體實(shí)現(xiàn)(shxin)了有關(guān)最小項(xiàng)的或運(yùn)算。因此，ROM實(shí)際上是由與門陣列和或門陣列構(gòu)成的組合電路，利用ROM可以實(shí)現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。共三十九頁（2）一次性可編程ROM（PROM）。出廠時，存儲內(nèi)容全為1（或全為0），用戶可根據(jù)自己的需要編程，但只能編程一次。 PROM具有(jyu)熔絲結(jié)構(gòu)，它的編程方法稱為熔絲編程。用戶對PROM編程是逐字逐位進(jìn)行的。首先通過字線和位線選擇需要編程的存儲單元，然后

4、通過規(guī)定寬度和幅度的脈沖電流，將該存儲管的熔絲熔斷，這樣就將該單元的內(nèi)容改寫了。ROM 的分類按照數(shù)據(jù)寫入方式特點(diǎn)不同，ROM可分為以下幾種：（1）固定ROM。廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲器中，用戶無法進(jìn)行任何(rnh)修改。共三十九頁（5）快閃存儲器（Flash Memory）。也是采用浮柵型MOS管，存儲器中數(shù)據(jù)的擦除和寫入是分開(fn ki)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)寫入方式與EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/寫入100萬次以上。既有EEPROM的特點(diǎn)，又有RAM的特點(diǎn)，因而是一種全新的存儲結(jié)構(gòu)。（4）電可擦除可編程ROM（E2PROM）。也是采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可編程ROM，但是構(gòu)成其存儲單元的是隧道MOS

5、管，是用電擦除，并且擦除的速度要快的多（一般為毫秒數(shù)量級）。E2PROM的電擦除過程就是改寫過程，它具有ROM的非易失性，又具備(jbi)類似RAM的功能，可以隨時改寫（可重復(fù)擦寫1萬次以上）。（3）光可擦除可編程ROM（EPROM）。采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可編程存儲器。其內(nèi)容可通過紫外線照射而被擦除，可多次編程。共三十九頁ROM的結(jié)構(gòu)(jigu)存儲容量(cn ch rn lin)字線數(shù)位線數(shù)2nb（位）存儲單元地址共三十九頁ROM的工作(gngzu)原理44位ROM地址(dzh)譯碼器存儲體共三十九頁D3=1D2=0D1=1D0=1A1=0A0=0W0=1W1=0W2=0W3=0共三十九頁A1

6、=0A0=1D3=0D2=1D1=0D0=1W0=0W1=1W2=0W3=0共三十九頁A1=1A0=0D3=1D2=1D1=0D0=0W0=0W1=0W2=1W3=0 共三十九頁A1=1A0=1D3=0D2=1D1=1D0=1W0=0W1=0W2=0W3=1共三十九頁1.作函數(shù)運(yùn)算表電路 試用ROM構(gòu)成(guchng)能實(shí)現(xiàn)函數(shù)y=x2的運(yùn)算表電路，x的取值范圍為015的正整數(shù)。ROM的應(yīng)用(yngyng) （1）分析要求、設(shè)定變量 自變量x的取值范圍為015的正整數(shù)，對應(yīng)的4位二進(jìn)制正整數(shù)，用B=B3B2B1B0表示。根據(jù)y=x2的運(yùn)算關(guān)系，可求出y的最大值是152225，可以用8位二進(jìn)制數(shù)

7、Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。共三十九頁0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 0 1Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 輸 出0149162

8、536496481100121144169196225對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1B3 B2 B1 B0 輸 入（2）列真值表共三十九頁Y7=m12+m13+m14+m15（3）寫標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)與或表達(dá)式Y(jié)4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y3=m3+m5+m11+m13Y1= 0

9、Y2=m2+m6+m10+m14(4)畫ROM存儲矩陣結(jié)點(diǎn)(ji din)連接圖Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15共三十九頁Y3=m3+m5+m11+m13Y7=m12+m13+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15共三十九頁 數(shù)學(xué)運(yùn)算是數(shù)控裝置和數(shù)字系統(tǒng)中需要經(jīng)常進(jìn)行的操作，如果事先把要用到的基本函數(shù)變量(binling)在一定范圍內(nèi)的取值和相應(yīng)的函數(shù)取值列成表格，寫入只讀存儲器中，則在需要時只要給出規(guī)定“地址”就可以快速地得到相應(yīng)的函數(shù)值。這種ROM，實(shí)際上已經(jīng)成為函數(shù)運(yùn)算表電路。

10、 存儲器很經(jīng)常用于當(dāng)作(dn zu)存儲數(shù)據(jù)的表格，因?yàn)檩斎氲刂?，就可輸出存儲在該地址單元的?shù)據(jù)輸出。 共三十九頁（1）寫出各函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式： 按A、B、C、D順序排列變量(binling)，將Y1、Y2、Y4擴(kuò)展成為四變量邏輯函數(shù)。2.實(shí)現(xiàn)任意(rny)組合邏輯函數(shù)試用ROM實(shí)現(xiàn)下列函數(shù)：共三十九頁（2）選用164位ROM，畫存儲(cn ch)矩陣連線圖：共三十九頁例 用ROM設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)四位(s wi)二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成格雷碼的代碼轉(zhuǎn)換電路. 解 (1) 設(shè)四位二進(jìn)制碼為 ,四位格雷碼 .轉(zhuǎn)換真值表如表所示. 二進(jìn)制碼 格雷碼 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1

11、0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0共三十九頁 (2) 由真值表寫出最小表達(dá)式 共三十九頁(3)畫出4位二進(jìn)制-GRY轉(zhuǎn)換器的ROM陣列(zhn li)結(jié)構(gòu)圖,如下: (4) 選用(xuny

12、ng)適當(dāng)?shù)闹蛔x存儲器(如 PROM,EPROM等)和專用設(shè)備,將上表所示的數(shù)據(jù)寫入即可.共三十九頁3字符(z f)顯示 字符發(fā)生器常用于顯示終端、打印機(jī)及其他一些數(shù)字(shz)裝置。將各種字母、數(shù)字(shz)等字符事先存儲在ROM的存儲矩陣中，再以適當(dāng)方式給出地址碼，某個字符就能讀出，并驅(qū)動顯示器進(jìn)行顯示 下圖用ROM構(gòu)成字母“T”的原理。 共三十九頁EPROM舉例(j l)2764共三十九頁第七章 半導(dǎo)體存儲器7.1 只讀存儲器（ROM）7.2 隨機(jī)(su j)存儲器（RAM）共三十九頁隨機(jī)存取存儲器（RAM, random-access memory ）可以在任意(rny)時刻、對任意(

13、rny)選中的存儲單元進(jìn)行信息的存入（寫入）或取出（讀出）操作。與只讀存儲器ROM相比，RAM最大的優(yōu)點(diǎn)是存取方便，使用靈活，既能不破壞地讀出所存信息，又能隨時寫入新的內(nèi)容。其缺點(diǎn)是一旦停電，所存內(nèi)容便全部丟失。RAM由存儲矩陣、地址譯碼器、讀寫控制電路、輸入輸出電路和片選控制電路等組成。實(shí)際上RAM是由許許多多的基本寄存器組合起來構(gòu)成的大規(guī)模集成電路。共三十九頁 RAM中的每個寄存器稱為一個字，寄存器中的每一位稱為一個存儲單元。寄存器的個數(shù)（字?jǐn)?shù)）與寄存器中存儲單元個數(shù)（位數(shù)）的乘積，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位數(shù)的不同，RAM有多字1位和多字多位兩種結(jié)構(gòu)形式(xngsh)。在多字

14、1位結(jié)構(gòu)中，每個寄存器都只有1位，例如一個容量為10241位的RAM，就是一個有1024個1位寄存器的RAM。多字多位結(jié)構(gòu)中，每個寄存器都有多位，例如一個容量為2564位的RAM，就是一個有256個4位寄存器的RAM。共三十九頁 RAM可分為單極型和雙極型：雙極型工作速率高，但是集成度不如單極型的高，目前，由于工藝水平的不斷提高，單極型RAM的速率已經(jīng)可以(ky)和雙極型RAM相比，而且單極型RAM具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)。這里只以單極型RAM為例進(jìn)行分析 單極型RAM又可分為靜態(tài)RAM(SRAM)與動態(tài)RAM(DRAM)：靜態(tài)RAM是用MOS管觸發(fā)器來存儲代碼，所用MOS管較多、集成度低、功耗也較大

15、。SRAM速度非?？欤撬卜浅０嘿F，所以只在要求很苛刻的地方使用。如CPU的一級緩存，二級緩存。靜態(tài)RAM使用方便，不需要刷新。動態(tài)RAM是用柵極分布電容保存信息，它的存儲單元(cn ch dn yun)所需要的MOS管較少，因此集成度高、功耗也小。DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短，速度也比SRAM慢，不過它還是比任何的ROM都要快，但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多，計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是DRAM的。共三十九頁用以決定訪問哪個(n ge)字單元由大量寄存器構(gòu)成(guchng)的矩陣讀出及寫入數(shù)據(jù)的通道用以決定芯片是否工作用以決定對被選中的單元是讀還是寫共三十九頁 1. 存儲(cn ch)矩陣

16、圖中，1024個字排列成3232的矩陣。為了存取方便，給它們編上號。32行編號(bin ho)為X0、X1、X31，32列編號為Y0、Y1、Y31。這樣每一個存儲單元都有了一個固定的編號，稱為地址。 共三十九頁容量為2564 RAM的存儲(cn ch)矩陣存儲單元(cn ch dn yun)1024個存儲單元排成32行32列的矩陣每根行選擇線選擇一行每根列選擇線選擇一個字列Y11，X21，位于X2和Y1交叉處的字單元可以進(jìn)行讀出或?qū)懭氩僮?，而其余任何字單元都不會被選中。共三十九頁2. 地址的選擇通過地址譯碼器來實(shí)現(xiàn)。地址譯碼器由行譯碼器和列譯碼器組成。行、列譯碼器的輸出即為行、列選擇線，由它們

17、共同確定(qudng)欲選擇的地址單元。0 0 1000102564 RAM存儲矩陣(j zhn)中，256個字需要8位地址碼A7A0。其中高3位A7A5用于列譯碼輸入，低5位A4A0用于行譯碼輸入。A7A0=00100010時，Y1=1、X2=1，選中X2和Y1交叉的字單元。共三十九頁RAM芯片(xn pin)簡介(6116)6116為2K8位的靜態(tài)(jngti)CMOSRAM100CS片選0OE輸出使能10WE讀/寫控制穩(wěn)定穩(wěn)定A0 A10地址碼輸入高 阻 態(tài)輸 出輸 入D0 D7輸 出工作模式低功耗維持讀寫6116的功能表A0A10是地址碼輸入端，D0D7是數(shù)據(jù)輸出端， CS是選片端，O

18、E是輸出使能端， WE是讀寫控制端。共三十九頁小結(jié)(xioji)1半導(dǎo)體存儲器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)特別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部件(bjin)，它可分為RAM和ROM兩大類。2RAM是一種時序邏輯電路，具有記憶功能。其存儲的數(shù)據(jù)隨電源斷電而消失，因此是一種易失性的讀寫存儲器。它包含有SRAM和DRAM兩種類型，前者用觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)，后者靠MOS管柵極電容存儲數(shù)據(jù)。因此，在不停電的情況下，SRAM的數(shù)據(jù)可以長久保持，而DRAM則必需定期刷新。共三十九頁4從邏輯電路構(gòu)成的角度看，ROM是由與門陣列（地址譯碼器）和或門陣列（存儲矩陣）構(gòu)成的組合邏輯電路。ROM的輸出是輸入最小項(xiàng)的組合。因此采用ROM構(gòu)成各種邏輯函數(shù)不需化簡，這給邏輯設(shè)計(jì)帶來很大方便。隨著大規(guī)模集成電路成本的不斷(bdun)下降，利用ROM構(gòu)成各種組合、時序電路，愈來愈具有吸引力。3ROM是一種非易失性的存儲器，它存儲的是固定數(shù)據(jù)，一般只能被讀出。根據(jù)數(shù)據(jù)寫入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可編程ROM。后者又可細(xì)分為PROM、EPROM、E2PR