第十半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

第十半導(dǎo)體存儲(chǔ)器演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二（優(yōu)選）第十半導(dǎo)體存儲(chǔ)器現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二10.1

概述

主要要求：

了解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用、類型與特點(diǎn)?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)媒介有多種，應(yīng)用范圍也非常廣泛。軟磁盤磁帶硬盤內(nèi)存條光盤優(yōu)盤數(shù)碼相機(jī)用SM卡現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用

存放二值數(shù)據(jù)二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類１．按制造工藝分類：雙極型：工作速度快、功耗大、價(jià)格較高。

MOS型：集成度高、功耗小、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低。10.1.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)與應(yīng)用現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二例如計(jì)算機(jī)中的自檢程序、初始化程序便是固化在ROM中的。計(jì)算機(jī)接通電源后，首先運(yùn)行它，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行自檢和初始化，自檢通過(guò)后，裝入操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)才能正常工作。只讀存儲(chǔ)器(ROM，

即Read-OnlyMemory)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，

即RandomAccessMemory)

RAM既能讀出信息又能寫入信息。它用于存放需經(jīng)常改變的信息，斷電后其數(shù)據(jù)將丟失。常用于存放臨時(shí)性數(shù)據(jù)或中間結(jié)果。例如計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是RAM

ROM

在工作時(shí)只能讀出信息而不能寫入信息。它用于存放固定不變的信息，斷電后其數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。常用于存放程序、常數(shù)、表格等。

2、按存取方式不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分成只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二2.存儲(chǔ)容量及其表示用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220。1.存儲(chǔ)容量及其表示

指存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的數(shù)量例如，一個(gè)328的ROM，表示它有32個(gè)字，

字長(zhǎng)為8位，存儲(chǔ)容量是328=256。

對(duì)于大容量的ROM

常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210

；例如，一個(gè)64K8的ROM，表示它有64K個(gè)字，

字長(zhǎng)為8位，存儲(chǔ)容量是64K8=512K。

一般用“字?jǐn)?shù)字長(zhǎng)(即位數(shù))”表示10.1.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)2.存取時(shí)間和存取周期存儲(chǔ)器的一次操作(讀或?qū)?所需要的時(shí)間。稱存儲(chǔ)器存取訪問(wèn)時(shí)間。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二主要要求：

了解ROM的類型和結(jié)構(gòu)，理解其工作原理。了解集成EPROM的使用。理解字、位、存儲(chǔ)容量等概念。10.3

只讀存儲(chǔ)器現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二按數(shù)據(jù)寫入方式不同分掩模ROM可編程ROM(ProgrammableROM，簡(jiǎn)稱PROM)可擦除PROM(ErasablePROM，簡(jiǎn)稱EPROM)

電可擦除EPROM(ElectricallyEPROM，簡(jiǎn)稱E2PROM)10.3.1

ROM的類型及其特點(diǎn)

寫入的數(shù)據(jù)可電擦除，用戶可以多次改寫存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。使用方便。其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在制造時(shí)確定，用戶不能改變。用于批量大的產(chǎn)品。其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)由用戶寫入。但只能寫一次。寫入的數(shù)據(jù)可用紫外線擦除，用戶可以多次改寫存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二10.3.2

ROM的結(jié)構(gòu)和工作原理

(一)

存儲(chǔ)矩陣由存儲(chǔ)單元按字(Word)和位(Bit)構(gòu)成的距陣

由存儲(chǔ)距陣、地址譯碼器(和輸出電路)組成現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二存儲(chǔ)矩陣輸出電路EN1111D3RY3Y2Y1Y0W0A0A1地址譯碼器位線W1W2W3RRREND2D1D0(a)電路圖

4×4位二極管固定ROM字線芯片在制造時(shí)就把需要存儲(chǔ)的內(nèi)容用電路結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，使用時(shí)無(wú)法再改變。二極管固定ROM字線和位線的交叉處代表一個(gè)存儲(chǔ)單元，有二極管表示存1，否則表示存0。A1

A0D3D2D1D00000000100011011101111114×4位ROM數(shù)據(jù)表現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二44存儲(chǔ)矩陣結(jié)構(gòu)示意圖

W3W2W1W0D3D2D1D0字線位線字線與位線的交叉點(diǎn)即為存儲(chǔ)單元。每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)。交叉處的圓點(diǎn)“”表示存儲(chǔ)“1”；交叉處無(wú)圓點(diǎn)表示存儲(chǔ)“0”。當(dāng)某字線被選中時(shí)，相應(yīng)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)從位線D3~D0

輸出。

1

0

1

11

0

1

1從位線輸出的每組二進(jìn)制代碼稱為一個(gè)字。一個(gè)字中含有的存儲(chǔ)單元數(shù)稱為字長(zhǎng)，即字長(zhǎng)=位數(shù)。W31.存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)與工作原理

現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二3.存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)2.存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)

(1)

固定ROM的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)

二極管ROM

TTL-ROM

MOS-ROM

Wi

Dj

Wi

Dj

VCC

Wi

Dj

+VDD

1接半導(dǎo)體管后成為儲(chǔ)1單元；若不接半導(dǎo)體管，則為儲(chǔ)0單元。現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二(2)PROM的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)

PROM出廠時(shí)，全部熔絲都連通，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為

全1(或全0)。用戶可借助編程工具將某些單元改寫為0

(或1),這只要將需儲(chǔ)0(或1)單元的熔絲燒斷即可。熔絲燒斷后不可恢復(fù)，因此PROM只能一次編程。

二極管ROM

TTL-ROM

MOS-ROM

Wi

Dj

Wi

Dj

VCC

Wi

Dj

+VDD

1熔絲熔絲熔絲現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二(3)

可擦除PROM的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)

EPROM利用編程器寫入數(shù)據(jù)，用紫外線擦除數(shù)據(jù)。其集成芯片上有一個(gè)石英窗口供紫外線擦除之用。芯片寫入數(shù)據(jù)后，必須用不透光膠紙將石英窗口密封，以免破壞芯片內(nèi)信息。

E2PROM可以電擦除數(shù)據(jù)，并且能擦除與寫入一次完成，性能更優(yōu)越。用一個(gè)特殊的浮柵MOS管替代熔絲。構(gòu)成EPROM和EEPROM3～4μmN+N+SiO2P型硅襯底SGD控制柵

(多晶硅)浮柵

(多晶硅)構(gòu)成EPROM存儲(chǔ)單元的疊層?xùn)臡OS管剖面示意圖SiO2PS1G1D1擦寫柵

(多晶硅)浮柵

(多晶硅)構(gòu)成EEPROM存儲(chǔ)單元的浮置柵型場(chǎng)效應(yīng)管示意圖

N+N+SiO2極薄層G1D1S10+21V(a)剖面示意圖(b)浮柵俘獲電子示意圖現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二剛才介紹了ROM中的存儲(chǔ)距陣，下面將學(xué)習(xí)ROM中的地址譯碼器。(二)地址譯碼器

(二)

地址譯碼器從ROM中讀出哪個(gè)字由地址碼決定。地址譯碼器的作用是：根據(jù)輸入地址碼選中相應(yīng)的字線，使該字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。例如，某ROM有4位地址碼，則可選擇24=16個(gè)字。

設(shè)輸入地址碼為1010，則字線W10

被選中，該

字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。存儲(chǔ)矩陣中存儲(chǔ)單元的編址方式單譯碼編址方式雙譯碼編址方式適用于小容量存儲(chǔ)器。適用于大容量存儲(chǔ)器。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二

又稱單譯碼編址方式或單地址尋址方式D1≈D7≈地址譯碼器0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0≈…………單地址譯碼方式328存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖1.單地址譯碼方式一個(gè)n

位地址碼的ROM有2n

個(gè)字，對(duì)應(yīng)2n

根字線，選中字線Wi

就選中了該字的所有位。

328存儲(chǔ)矩陣排成32行8列，每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)字，每一列對(duì)應(yīng)32個(gè)字的同一位。32個(gè)字需要5根地址輸入線。當(dāng)A4~A0

給出一個(gè)地址信號(hào)時(shí)，便可選中相應(yīng)字的所有存儲(chǔ)單元。例如，當(dāng)A4~A0=00000時(shí)，選中字線W0，可將(0，0)~(0，7)

這8個(gè)基本存儲(chǔ)單元的內(nèi)容同時(shí)讀出。

基本單元為存儲(chǔ)單元現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二A5≈A7≈行地址譯碼器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4≈………雙地址譯碼方式256字存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖A2列

地

址

譯

碼

器A6Y1Y15Y0又稱雙譯碼編址方式或雙地址尋址方式地址碼分成行地址碼和列地址碼兩組2.雙地址譯碼方式基本單元

為字單元例如當(dāng)

A7~A0=00001111時(shí)，X15

和Y0

地址線均

為高電平，字W15被選中，其存儲(chǔ)內(nèi)容被讀出。若采用單地址譯碼方式，則需256根內(nèi)部地址線。

256字存儲(chǔ)器需要8根地址線，分為A7~A4

和A3~A0兩組。A3~A0

送入行地址譯碼器，產(chǎn)生16根行地址線(Xi)；A7~A4送入列地址譯碼器，產(chǎn)生16根列地址線(Yi)。存儲(chǔ)矩陣中的某個(gè)字能否被選中，由行、列地址線共同決定?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二為了便于用PROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)，首先需要理解PROM結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫法。2.PROM結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫法AB與門和或門的習(xí)慣畫法CY&ABCY≥1ABCY&ABCY≥1現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二A1A0地址譯碼器(為與陣列)D3D2D1D0W3W2W1W0&A1A0=m3A1A0=m2A1A0=m1A1A0=m01存儲(chǔ)矩陣(為或陣列)1&&&A1地址譯碼器(為與陣列)W3W2W1W0D3=m3+m2+m0D3=m2+m1D3=m3+m0D3=m3+m2

&1&&&1A0

m3

m2

m1

m0≥1≥1≥1≥1存儲(chǔ)矩陣(為或陣列)

PROM結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫法現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二10.4快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(FlashMemory)，簡(jiǎn)稱閃存。它具有EPROM的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有E2PROM的在電路中電擦除特性，與E2PROM相比較，集成度有較大幅度的提高?？扉W存儲(chǔ)器中的疊柵MOS管和符號(hào)快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二主要要求：

了解RAM的類型、結(jié)構(gòu)和工作原理。了解集成RAM的使用。了解RAM和ROM的異同。10.5隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

掌握RAM的擴(kuò)展方法。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二10.5.1

RAM的結(jié)構(gòu)、類型和工作原理地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣讀/寫控制電路2n

mRAM的結(jié)構(gòu)圖

A0A0An-1………I/O0I/O1I/Om-1R/WCS現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二10.5.1RAM的結(jié)構(gòu)、類型和工作原理

１．存儲(chǔ)矩陣將存儲(chǔ)單元按陣列形式排列，形成存儲(chǔ)矩陣。２．地址譯碼器為了區(qū)別不同的字，將存放在同一個(gè)字的存儲(chǔ)單元編為一組，并賦予一個(gè)號(hào)碼，稱為地址。地址的選擇是借助于地址譯碼器來(lái)完成的。地址碼的位數(shù)n與可尋址數(shù)N之間的關(guān)系為：N=2n。３．片選與讀/寫控制電路（I/O電路）

RAM主要由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器和讀/寫控制電路（I/O電路）三部分組成。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二

256×1位RAM示意圖

X地址譯碼器Y地址譯碼器1,1A0A1A2A3X0(行)X15T0T0'T15'Y0(列)???Y15A4A5A6A7位線行存儲(chǔ)矩陣I/O電路G1DG4G5G2I/OR/W&D1ENCS16,1列1,16T15位線16,161EN1EN&G3????現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二RAM與ROM的比較

相同處

★

都含有地址譯碼器和存儲(chǔ)矩陣

★

尋址原理相同

相異處

★

ROM

的存儲(chǔ)矩陣是或陣列，是組合邏輯電路。

ROM工作時(shí)只能讀出不能寫入。掉電后數(shù)據(jù)

不會(huì)丟失。

★

RAM

的存儲(chǔ)矩陣由觸發(fā)器或動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元構(gòu)

成，是時(shí)序邏輯電路。RAM工作時(shí)能讀出，

也能寫入。讀或?qū)懹勺x/寫控制電路進(jìn)行控制。

RAM掉電后數(shù)據(jù)將丟失。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二RAM分類靜態(tài)RAM(即StaticRAM，簡(jiǎn)稱SRAM)動(dòng)態(tài)

RAM(即DynamicRAM，簡(jiǎn)稱DRAM)

DRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，價(jià)格便宜，廣泛地用于計(jì)算機(jī)中，但速度較

慢，且需要刷新及讀出放大器等外圍電路。

DRAM的存儲(chǔ)單元是利用MOS管具有極高的輸入電阻，在柵極電容上可暫存電荷的特點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)信息的。由于柵極電容存在漏電，因此工作時(shí)需要周期性地對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。

SRAM存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，集成度較低，但速度快。

現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二基本R-S觸發(fā)器１．MOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元六管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元VDD??DDTjTj'YjT1T3QQT5T2T4T6Xi位線位線當(dāng)?shù)刂反a使得Xi和Yj均為高電平時(shí)，表示選中該單元，即可以對(duì)它進(jìn)行讀寫操作。由于數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，信息就可以永久保存。采用CMOS管，所以靜態(tài)功耗極小?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二單管NMOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元?xiTCSC0D位線由一個(gè)門控管T和一個(gè)存儲(chǔ)信息的電容CS組成。由于分布電容C0＞＞CS，所以位線上的讀出電壓信號(hào)很小，需用高靈敏度讀出放大器進(jìn)行放大；且每次讀出后必須立即對(duì)該單元進(jìn)行刷新，以保留原存信息。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)比靜態(tài)存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)單，可達(dá)到更高的集成度；但DRAM不如SRAM使用方便，且存取時(shí)間較長(zhǎng)。２．MOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二

RAM的位擴(kuò)展10.5.3

RAM的擴(kuò)展??????5V１．位擴(kuò)展D15D9D8···D7D1D0···11R/WCS1A0A12···適用于字?jǐn)?shù)夠用，但每字的位數(shù)（字長(zhǎng)）不夠的情況。如：8K×8→8K×16I/O7I/O1I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···I/O7I/O1I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···6264Ⅰ6264Ⅱ現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二R/W２．字?jǐn)U展適用于位數(shù)（字長(zhǎng)）夠用，但字?jǐn)?shù)不夠的情況。如：8K×8→32K×81111Y0Y1Y2Y3????????????????????????D0D7A0A12A13A14A1A012T4139SR×410kΩ×45VD1D24.5V

鋰電池增加地址線。I/O7I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···6264ⅠI/O7I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···6264ⅡI/O7I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···6264ⅢI/O7I/O0VDD···OEGNDR/WA12A0CS1CS2···6264Ⅳ

RAM的字?jǐn)U展斷電保護(hù)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二3．字位同時(shí)擴(kuò)展當(dāng)存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)和字?jǐn)?shù)都不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求時(shí)，則需要對(duì)存儲(chǔ)器的字和位同時(shí)擴(kuò)展。RAM的位、字同時(shí)擴(kuò)展現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有37頁(yè)\編輯于星期二3.位、字同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展：根據(jù)字和位擴(kuò)展的原理，將兩種方法結(jié)合便可實(shí)現(xiàn)，一般是先進(jìn)行位擴(kuò)展，然后進(jìn)行字?jǐn)U展。位擴(kuò)展方法如下：

1）把若干片位數(shù)相同的RAM芯片地址線共用。

2）線共用。

3）每個(gè)RAM片的I/O端并行輸出。字?jǐn)U展方法如下：

1）將RAM地址共用，I/O端共用。

2）線