电子技术--数字电路部分 第七章 半导体存储器.ppt

电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分第七章第七章 半导体存储器半导体存储器1第七章第七章 半导体存储器半导体存储器7.1 概述概述7.2 只读存储器只读存储器(ROM)7.3 读写存储器读写存储器(RAM)7.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展7.5 用存储器实现组合用存储器实现组合 逻辑函数逻辑函数2存储器存储器 RAM(Random-Access Memory)ROM(Read-Only Memory)RAM(随机存取存储器随机存取存储器):1、在运行状态可随时进行在运行状态可随时进行读或写读或写操作。操作。2、一旦掉电一旦掉电,数据全部数据全部丢失丢失。ROM(只读存储器只读存储器)：1、在正常工作状态、在正常工作状态只能读只能读出信息。出信息。2、断电后信息、断电后信息不会丢失不会丢失，常用于，常用于存存 放固定信息（如程序、常数等）放固定信息（如程序、常数等）。固定固定ROM可可编程编程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(Static RAM)：静态静态RAMDRAM(Dynamic RAM)：动态动态RAM3 只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。称为只读存储器。(Read-Only Memory)ROM的分类的分类按按写入情况写入情况划分划分 固定固定ROM可可编程编程ROMPROMEPROME2PROM按存贮单元中按存贮单元中器件器件划分划分 二极管二极管ROM三极管三极管ROMMOS管管ROM7.2 只读存储器只读存储器(ROM)Read Only Memory4输出输出电路电路存储存储矩阵矩阵字线字线位线位线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端W3W0W2W15000101111100110011001001地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端 给出任意一个给出任意一个地址码，译码器地址码，译码器与之对应的字线与之对应的字线变为高电平，进变为高电平，进而从位线上便可而从位线上便可输出四位数字量。输出四位数字量。字线字线位线位线图中存储器的内容图中存储器的内容如右表如右表67结合电路图及上表可以看出：结合电路图及上表可以看出：接有接有二极管的交叉点二极管的交叉点存存1 1，末末接接二极管的交叉点二极管的交叉点存存0 0。存储单元是存。存储单元是存1 1还是存还是存0 0，完全取决，完全取决于只读存储器的存储需要，设计和制造时已完全确定，不能于只读存储器的存储需要，设计和制造时已完全确定，不能改变；而且信息存入后，即使断开电源，所存信息也不会消改变；而且信息存入后，即使断开电源，所存信息也不会消失。所以，只读存储器又称为失。所以，只读存储器又称为固定固定存储器。存储器。存储内容存储内容8ROMROM的阵列图的阵列图9接有三极管的交叉点存接有三极管的交叉点存1 1，末接三极管的交，末接三极管的交叉点存叉点存0 0。10接有场效应管的交叉点存接有场效应管的交叉点存1 1，末接场效应管的，末接场效应管的交叉点存交叉点存0 0。11存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元存储单元”，存，存储单元中有器件存入储单元中有器件存入“1”1”，无器件存入，无器件存入“0”0”两个概念：两个概念：存储器的容量：存储器的容量：“字数字数 x x 位数位数”12掩模掩模ROMROM的特点：的特点：优点优点：适合大量生产，简单，便宜，非易失性：适合大量生产，简单，便宜，非易失性缺点：缺点：出出厂时已经固定，不能更改。厂时已经固定，不能更改。137.2.2 7.2.2 可编程可编程ROMROM（PROMPROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同147.2.3 7.2.3 可擦除的可编程可擦除的可编程ROMROM（EPROMEPROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同一、用紫外线擦除的一、用紫外线擦除的PROM（UVEPROM）15总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同二、电可擦除的可编程二、电可擦除的可编程ROM（E2PROM）16为提高集成度，省去为提高集成度，省去T2T2（选通管）（选通管）改用叠栅改用叠栅MOSMOS管（类似管（类似SIMOSSIMOS管）管）三、快闪存储器（三、快闪存储器（Flash Memory）17随机存储器随机存储器又称又称读写读写存储器。存储器。读写存储器的特点是：在工作过程中，既读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称存储器，简称 RAM。Random Access Memory.RAM 按功能可分为按功能可分为 静态、动态静态、动态两类；两类；RAM 按所用器件又可分为双极型和按所用器件又可分为双极型和 MOS型两种。型两种。7.3 随机随机存储器存储器(RAM)18D1W3W2W1W0地地址址译译码码器器读写读写 及及 输入输入/输出控制输出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D0D0存存储储矩矩阵阵7.3.1 静态随机存储器（静态随机存储器（SRAM）192、SRAM的静态存储单元的静态存储单元WiDD符号符号VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线20介绍基本存储单元的工作原理介绍基本存储单元的工作原理:VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线VCCT2T1T3T4 由增强型由增强型 NMOS管管T1、T2、T3和和T4 构成一构成一个基本个基本 R-S触发触发器，它是存储器，它是存储信息的基本单信息的基本单元。而元。而T5和和T6是是门控管，由字门控管，由字线线Wi控制其导控制其导通或截止：通或截止：Wi1则导通，否则导通，否则截止。则截止。21 门控管门控管T5和和T6导通时，导通时，“读读”、“写写”操作由读写操作由读写控制端控制端 R/W控制：控制：R/W=0时，时，1、3门打开门打开，数据，数据由由I/O端送入存端送入存储器，完成储器，完成写写操操作；反之，作；反之，R/W=1时，时，1、3门门关闭，关闭，2门打开门打开，数据由数据由I/O线线读读出。出。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4数数据据线线数数据据线线字字线线123227.3.3 RAM组件及其连接组件及其连接 常用常用RAM组件的类型很多，以下介绍组件的类型很多，以下介绍两种：两种：RAM2114和和RAM6116。RAM2114共有共有10根地址线，根地址线，4根数据线。根数据线。故其容量为：故其容量为：1024字字4位（又称为位（又称为1K 4）RAM6116的容量为：的容量为：2048字字8位位 （又称为（又称为2K 8）23容量为容量为2564 2564 RAMRAM的存储矩阵的存储矩阵存储单元存储单元10241024个存储单元排成个存储单元排成3232行行3232列的矩阵列的矩阵每根行选择线选择一行每根行选择线选择一行每根列选择线选择一个字列每根列选择线选择一个字列Y Y1 11 1，X X2 21 1，位于位于X X2 2和和Y Y1 1交叉处的交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中而其余任何字单元都不会被选中。24地地址址的的选选择择通通过过地地址址译译码码器器来来实实现现。地地址址译译码码器器由由行行译译码码器器和和列列译译码码器器组组成成。行行、列列译译码码器器的的输输出出即即为为行行、列列选选择择线线，由它们共同确定欲选择的地址单元。由它们共同确定欲选择的地址单元。2564 2564 RAMRAM存储矩阵中，存储矩阵中，256256个字需要个字需要8 8位地址码位地址码A A7 7A A0 0。其中高其中高3 3位位A A7 7A A5 5用于列译码输入，低用于列译码输入，低5 5位位A A4 4A A0 0用于行译码输入用于行译码输入。A A7 7A A0 0=00100010=00100010时，时，Y Y1 1=1=1、X X2 2=1=1，选中选中X X2 2和和Y Y1 1交叉的字单元。交叉的字单元。000100 0 125D7A9A0R/W CSD1D3D2D0A9A0R/W CSD1D3D2D0.D6D5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114(1)2114(2)用两片用两片2114 将位数由将位数由 4位扩展到位扩展到 8位位 1.位数的扩展位数的扩展：把各片对应的地址线连接在一：把各片对应的地址线连接在一起，起，数据线并列使用即可。接线如下图：数据线并列使用即可。接线如下图：7.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展262.字数的扩展：字数的扩展：各片各片RAM对应的数据线联接在一起；对应的数据线联接在一起；低位地址线也并联接起来，而高位的地址低位地址线也并联接起来，而高位的地址线，首先通过译码器译码，然后将其输出线，首先通过译码器译码，然后将其输出按高低位接至各片的选片控制端。按高低位接至各片的选片控制端。如用如用2114接成接成4096字字4位的存储器时，位的存储器时，需要需要4个个2114组件，共组件，共12根地址线。连接根地址线。连接时，将各片中的低位地址时，将各片中的低位地址A0-A9对应相对应相连；而高位地址连；而高位地址A10、A11经经2-4译码，按译码，按高低位控制高低位控制4片片2114的的CS端。见下图：端。见下图：27CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D32 4译译码码器器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y328A11A10选中片序号选中片序号 对应的存储单元对应的存储单元 0 0 1 1 1 0 0 12114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000 10231024 20472048 30713072 4095 用用2114接成接成4096字字4位型存储器时，高位位型存储器时，高位地址和存储单元的关系如下表：地址和存储单元的关系如下表：29（1）用于存储固定的专用程序用于存储固定的专用程序（2）利用利用ROM可实现查表或码制变换等功能可实现查表或码制变换等功能 查表功能查表功能 查某个角度的三角函数查某个角度的三角函数 把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为存放在该地址内的数据，这称为“造表造表”。使用时，。使用时，根据输入的地址根据输入的地址(角度角度)，就可在输出端得到所需的函数，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为值，这就称为“查表查表”。码制变换码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。目的编码作为相应存储单元中的内容即可。7.5 ROM的应用举例30例例1 1、用、用ROMROM实现下列一组逻辑函数实现下列一组逻辑函数。解（解（1 1）列真值表）列真值表31（2）选择合适的ROM，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。3233