第10章半导体存储器PPT讲稿.ppt
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1、第10章半导体存储器第1页,共32页,编辑于2022年,星期日例例如如计计算算机机中中的的自自检检程程序序、初初始始化化程程序序便便是是固固化化在在 ROM 中中的的。计计算算机机接接通通电电源源后后,首首先先运运行行它它,对对计计算算机机硬硬件件系系统统进进行行自自检检和和初初始始化化,自自检检通通过过后后,装装入入操操作作系系统统,计计算算机机才才能能正正常工作。常工作。二、二、半导体存储器的类型与特点半导体存储器的类型与特点 只读存储器只读存储器(ROM,即即Read-Only Memory)随机存取存储器随机存取存储器(RAM,即即Random Access Memory)RAM 既既
2、能能读读出出信信息息又又能能写写入入信信息息。它它用用于于存存放放需需经经常常改改变变的的信信息息,断断电电后后其其数数据据将将丢丢失失。常用于存放临时性数据或中间结果。常用于存放临时性数据或中间结果。例如例如 计算机内存就是计算机内存就是 RAM ROM 在在工工作作时时只只能能读读出出信信息息而而不不能能写写入入信信息息。它它用用于于存存放放固固定定不不变变的的信信息息,断断电电后后其其数数据据不不会会丢丢失失。常常用用于于存存放放程程序序、常常数数、表格等。表格等。一、一、半导体存储器的作用半导体存储器的作用 存放二值数据存放二值数据 9.1概述概述 第2页,共32页,编辑于2022年,
3、星期日主要要求:主要要求:了解了解 ROM 的类型和结构,理解其工作原理。的类型和结构,理解其工作原理。了解集成了解集成 EPROM 的使用。的使用。理解理解字、位、存储容量字、位、存储容量等概念。等概念。9.2只读存储器只读存储器第3页,共32页,编辑于2022年,星期日按按数数据据写写入入方方式式不不同同分分掩模掩模 ROM 可编程可编程 ROM(Programmable ROM,简称,简称 PROM)可擦除可擦除 PROM(Erasable PROM,简称,简称 EPROM)电可擦除电可擦除 EPROM(Electrically EPROM,简称,简称 E2PROM)一、一、ROM 的类
4、型及其特点的类型及其特点 写写入入的的数数据据可可电电擦擦除除,用用户户可可以以多多次改写存储的数据。使用方便。次改写存储的数据。使用方便。其其存存储储数数据据在在制制造造时时确确定定,用用户户不不能能改改变。用于批量大的产品。变。用于批量大的产品。其其存存储储数数据据由由用用户户写写入入。但但只能写一次。只能写一次。写写入入的的数数据据可可用用紫紫外外线线擦擦除除,用用户户可以多次改写存储的数据。可以多次改写存储的数据。第4页,共32页,编辑于2022年,星期日二、二、ROM 的结构和工作原理的结构和工作原理 4 4 二极管二极管 ROM 的结构和工作原理动画演示的结构和工作原理动画演示 (
5、一一)存储矩阵存储矩阵 由存储单元按字由存储单元按字(Word)和位和位(Bit)构成的距阵构成的距阵 由存储距阵、地址译码器由存储距阵、地址译码器(和读出电路和读出电路)组成组成 第5页,共32页,编辑于2022年,星期日4 4 存储矩阵结构示意图存储矩阵结构示意图 W3W2W1W0D3D2D1D0字字线线位线位线字线与位线的交叉点即字线与位线的交叉点即为为存储单元存储单元。每个存储单元可以存每个存储单元可以存储储 1 位二进制数。位二进制数。交叉处的圆点交叉处的圆点 “”表示存储表示存储“1”;交;交叉处无圆点表示存储叉处无圆点表示存储“0”。当某字线被选中时,当某字线被选中时,相应存储单
6、元数据从位线相应存储单元数据从位线 D3 D0 输出。输出。请看演示请看演示 10 1 110 1 1从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长,即字长含有的存储单元数称为字长,即字长=位数。位数。W31.存储矩阵的结构与工作原理存储矩阵的结构与工作原理 第6页,共32页,编辑于2022年,星期日2.存储容量及其表示存储容量及其表示用用“M”表示表示“1024 K”,即,即 1 M=1024 K=210 K=220。2.存储容量及其表示存储容量及其表示 指存储器中存储单元的数量指存储器中存储单元的数量 例如,一个例如,一
7、个 32 8 的的 ROM,表示它有,表示它有 32 个字,个字,字长为字长为 8 位,存储容量是位,存储容量是 32 8=256。对于大容量的对于大容量的 ROM常用常用“K”表示表示“1024”,即,即 1 K=1024=210 ;例如,一个例如,一个 64 K 8 的的 ROM,表示它有,表示它有 64 K 个字,个字,字长为字长为 8 位,存储容量是位,存储容量是 64 K 8=512 K。一般用一般用“字数字数 字长字长(即位数即位数)”表示表示第7页,共32页,编辑于2022年,星期日3.存储单元结构存储单元结构3.存储单元结构存储单元结构 (1)固定固定 ROM 的存储单元结构的
8、存储单元结构 二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1接半导体管后成为储接半导体管后成为储 1 单元;单元;若不接半导体管,则为储若不接半导体管,则为储 0 单元。单元。第8页,共32页,编辑于2022年,星期日(2)PROM 的存储单元结构的存储单元结构 PROM 出厂时,全部熔丝都连通,存储单元的内容为出厂时,全部熔丝都连通,存储单元的内容为全全 1(或全或全 0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 (或或 1),这只要将需储这只要将需储 0(或或 1)单元的熔丝烧断即可。单元的熔
9、丝烧断即可。熔丝烧断后不可恢复,因此熔丝烧断后不可恢复,因此 PROM 只能一次编程。只能一次编程。二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝第9页,共32页,编辑于2022年,星期日(3)可擦除可擦除 PROM 的存储单元结构的存储单元结构 EPROM 利利用用编编程程器器写写入入数数据据,用用紫紫外外线线擦擦除除数数据据。其其集集成成芯芯片片上上有有一一个个石石英英窗窗口口供供紫紫外外线线擦擦除除之之用用。芯芯片片写写入入数数据据后后,必必须须用用不不透透光光胶胶纸纸将将石石英英窗窗口口密密封封,以以
10、免免破破坏坏芯芯片内信息。片内信息。E2PROM 可可以以电电擦擦除除数数据据,并并且且能能擦擦除除与与写写入入一一次次完完成成,性能更优越。性能更优越。用一个特殊的浮栅用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。管替代熔丝。第10页,共32页,编辑于2022年,星期日刚才介绍了刚才介绍了ROM中的存储距阵,中的存储距阵,下面将学习下面将学习ROM中的地址译码器。中的地址译码器。(二二)地址译码器地址译码器 (二二)地址译码器地址译码器从从 ROM 中中读读出出哪哪个个字字由由地地址址码码决决定定。地地址址译译码码器器的的作作用用是是:根根据据输输入入地地址址码码选选中中相相应应的的字字线线,使使该
11、该字内容通过位线输出。字内容通过位线输出。例如,某例如,某 ROM 有有 4 位地址码,则可选择位地址码,则可选择 24=16 个字。个字。设输入地址码为设输入地址码为 1010,则字线,则字线 W10 被选中,该被选中,该 字内容通过位线输出。字内容通过位线输出。存储矩阵中存储矩阵中存储单元的存储单元的编址方式编址方式单译码编址方式单译码编址方式双译码编址方式双译码编址方式适用于小容适用于小容量存储器。量存储器。适用于大容适用于大容量存储器。量存储器。第11页,共32页,编辑于2022年,星期日 又称单译码编址方式或单地址寻址方式又称单译码编址方式或单地址寻址方式D1D7地地址址译译码码器器
12、0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0单地址译码方式单地址译码方式 32 8 存储器的结构图存储器的结构图1.单地址译码方式单地址译码方式一个一个 n 位地址码的位地址码的 ROM 有有 2n 个字,对应个字,对应 2n 根字线,根字线,选中字线选中字线 Wi 就选中了该字的所有位。就选中了该字的所有位。32 8 存储矩阵排成存储矩阵排成 32 行行 8 列,每一行对应一个字,每一列对列,每一行对应一个字,每一列对应应 32 个字的同一位。个字的同一位。32 个字需要个字需要 5 根地址输入线。当根地址输入线。当 A4 A0 给出一个给出一个
13、地址信号时,便可选中相应字的所有存储单元。地址信号时,便可选中相应字的所有存储单元。例如,当例如,当 A4 A0=00000 时,选中字线时,选中字线 W0,可将,可将(0,0)(0,7)这这 8 个基本存储单元的内容同时读出。个基本存储单元的内容同时读出。基本单元为基本单元为 存储单元存储单元第12页,共32页,编辑于2022年,星期日A5A7行行地地址址译译码码器器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4双地址译码方式双地址译码方式 256 字存储器的结构图字存储器的结构图A2列列地地址址译译码码器器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址
14、寻址方式又称双译码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组地址码分成行地址码和列地址码两组2.双地址译码方式双地址译码方式基本单元基本单元为字单元为字单元例如例如 当当 A7 A0=00001111 时,时,X15 和和 Y0 地址线均地址线均 为高电平,字为高电平,字W15 被选中,其存储内容被读出。被选中,其存储内容被读出。若采用单地址译码方式,则需若采用单地址译码方式,则需 256 根内部地址线。根内部地址线。256 字存储器需要字存储器需要 8 根地址线,分为根地址线,分为 A7 A4 和和 A3 A0 两组。两组。A3 A0 送入行地址译码器,产生送入行地址译码器,产
15、生 16 根行地址线根行地址线(Xi);A7 A4 送入列送入列地址译码器,产生地址译码器,产生 16 根列地址线根列地址线(Yi)。存储矩阵中的某个字能否被。存储矩阵中的某个字能否被选中,由行、列地址线共同决定。选中,由行、列地址线共同决定。第13页,共32页,编辑于2022年,星期日三、集成三、集成 EPROM 举例举例 27 系系列列 EPROM 是是最最常常用用的的 EPROM,型型号号从从 2716、2732、2764 一一直直到到 27C040。存存储储容容量量分分别别为为 2K 8、4K 8一一直直到到 512K 8。下下面面以以 Intel 2716 为为例例,介绍其功能及使用
16、方法。介绍其功能及使用方法。第14页,共32页,编辑于2022年,星期日VCCIntel 2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413 A10 A0 为地址码输入端。为地址码输入端。D7 D0 为数据线,工作时为数据为数据线,工作时为数据输出端,编程时为写入数据输入端。输出端,编程时为写入数据输入端。VCC 和和 GND:+5 V 工作电源和地。工作电源和地。VPP 为编程高电平输入端。编程时加为编程高电平输入端。编程时加+25 V 电压,工作时加电压,工
17、作时加+5 V 电压。电压。(一一)引脚图及其功能引脚图及其功能 CS 有两种功能:有两种功能:(1)工作时为片选使能端,低电工作时为片选使能端,低电 平有效。平有效。CS=0 时,芯片被时,芯片被 选中,处于工作状态。选中,处于工作状态。(2)编程时为编程脉冲输入端。编程时为编程脉冲输入端。OE 为允许数据输出端,低电为允许数据输出端,低电平有效。平有效。OE=0 时,允许读出数时,允许读出数据;据;OE=1 时,不能读出数据。时,不能读出数据。存储容量为存储容量为 2 K 字字 第15页,共32页,编辑于2022年,星期日(二二)由由 CS、OE 和和 VPP 的不同状态,确定的不同状态,
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