半导体存储器课件.ppt

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1、第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页关于半导体存储器关于半导体存储器现在学习的是第1页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页9.1概述概述 主要要求：主要要求：了解半导体存储器的作用、类型与特点。了解半导体存储器的作用、类型与特点。现在学习的是第2页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 主要由与阵列、或阵列、输出缓冲级等部分组成，为大规模组合逻辑电路。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(ROM，即Read-Only Memory)随机存取存储器(RAM，即Random Access Memory)主要由地址

2、译码器、存储矩阵、读/写控制电路等部分组成，为大规模时序逻辑电路。一、一、半导体存储器的作用半导体存储器的作用 存放二进制信息 ROM 是是只只读读存存储储器器，在在正正常常工工作作时时，其其内内存存数数据据只只能能读读出出，而而不不能能写写入入。但但断断电电后后其其内内部部数数据据不不会会丢丢失失。常常用用于于存存放放一一些些不不变变的的数数据据，如如一一些些重重要要的的常常数数、系系统统管管理理程程序等。序等。RAM是是随随机机存存取取存存储储器器，既既能能读读出出信信息息又又能能写写入入信信息息。但但断断电电后后其其数数据据将将丢丢失失。它它用用于于存存放放一一些些临临时时数数据据和和中

3、中间间处处理理数数据据结结果果，如如计计算算机内存。机内存。现在学习的是第3页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页主要要求：主要要求：理解理解 ROM 的电路结构、工作原理。的电路结构、工作原理。理解用理解用 ROM 实现组合逻辑函数的方法。实现组合逻辑函数的方法。9.2只读存储器只读存储器（ROM）现在学习的是第4页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页按数按数据写据写入方入方式不式不同分同分固定 ROM 可编程 ROM(Programmable ROM，简称 PROM)可擦除可编程ROM(Erasable PROM，简称EPROM)其存储数据在制造

4、时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。其存储数据由用户写入。但只能写一次。用户可以多次改写存储的数据。ROM 的类型及其特点的类型及其特点 现在学习的是第5页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页9.2.1 ROM 的电路结构的电路结构 由地址译码器、存储距阵和输出缓冲器组成 ROM 的电路结构图 存储器的存储容存储器的存储容量为量为 2n m 字字位位。现在学习的是第6页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页1.电路组成电路组成 9.2.2 固定固定ROM 的工作原理的工作原理 一一、二极管二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图&

5、A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W0 地址译码器。A1、A0 为地址输入端，W3 W0 为译码器输出的 4 条字线。存储矩阵由二极管或门组成，D3 D0 为存储矩阵输出的 4 条位线。现在学习的是第7页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页1.电路组成电路组成 一一、二极管二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图&A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W09.2.2 固定固定ROM 的工作原理的工作原理 在在 W3 W0 中中任一个输出高电任一个输出高电平时，则在平时，则在 D3 D0 4 条线上输出条线上输出一组一组 4 位二进制代

6、位二进制代码，每组代码表示一码，每组代码表示一个字。个字。现在学习的是第8页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页2.读数读数 一一、二极管二极管 ROMD0D1D2D344 二极管 ROM 结构图&A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W09.2.2 固定固定ROM 的工作原理的工作原理 当输入一组地址码时，当输入一组地址码时，则在则在ROM 的输出端可读出的输出端可读出该地址码对应的存储内容。该地址码对应的存储内容。如如A1 A0=0 0 时，则字线时，则字线 W0=A1 A0=1，其它字线都，其它字线都为为 0，这时和，这时和W0 相连的两相连的两个二极管导通

7、，位线个二极管导通，位线 D2=1、D0=1,而而 D3 和和D1 都为都为 0,在输出端得到在输出端得到D3D2D1D0=0101数据输出。数据输出。可见：可见：1.交叉处接有二极管的相当于存储交叉处接有二极管的相当于存储 1，没有接二极管的相当于，没有接二极管的相当于存储存储 0。2.当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线D3 D0 输出。输出。现在学习的是第9页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页4 4 存储矩阵示意图 W3W2W1W0D0D1D2D3字线位线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

8、圆点表示存储叉处无圆点表示存储“0”。交叉点的数目表示存储器存交叉点的数目表示存储器存储容量。储容量。存储容量存储容量 字数字数 位数位数存储矩阵可简化表示为存储矩阵可简化表示为：字线数位线数现在学习的是第10页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页3.输出逻辑表达式输出逻辑表达式 D0D1D2D344 二极管 ROM 结构图&A1A0字线信号位线输出信号&11W3W2W1W0由此可看出，由此可看出，D3 D0都为最小项之和。都为最小项之和。最小项由译码器产生，最小项由译码器产生，而和项由或门产生。而和项由或门产生。因此，二极管因此，二极管 ROM 是由译码器的与阵列是由译

9、码器的与阵列和存储矩阵的或阵列和存储矩阵的或阵列级联而成的。级联而成的。现在学习的是第11页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页MOS 管 ROM 电路结构图 二二、MOS 管管 ROM有二极管的地方对应换成了NMOS管。现在学习的是第12页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页PROM 出厂时，全部熔丝都连通，全部存储单元相当出厂时，全部熔丝都连通，全部存储单元相当于存储于存储 1。用户在编程时，可根据要求，借助编程工具将不需要存。用户在编程时，可根据要求，借助编程工具将不需要存储单元中的熔丝烧断储单元中的熔丝烧断 即可。即可。熔丝烧断后不可恢复，故

10、熔丝烧断后不可恢复，故 PROM 只能进行一次性编程。只能进行一次性编程。二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1熔丝熔丝熔丝9.2.3 可编程只读存储器可编程只读存储器(PROM)现在学习的是第13页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页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。用紫外线擦除信息的，称为EPROM。用电信号擦除信息的，称为EEPROM，即E2PROM。按擦除方式不同分 EPROM 只能整体擦除，擦除时间较长。E2PROM 中的存储单元可逐个擦除逐个改写，它的编程和擦除都用

11、电信号完成，速度比 EPROM 快得多。9.2.4 可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器(EPROM)现在学习的是第14页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页由于由于 PROM 中的地址译码器为固定的与阵中的地址译码器为固定的与阵列，输出为输入地址变量的全部最小项。存储列，输出为输入地址变量的全部最小项。存储矩阵为可编程的或阵列，它输出的为相应的输矩阵为可编程的或阵列，它输出的为相应的输入最小项的和，为标准与入最小项的和，为标准与 或表达式。而任何或表达式。而任何组合逻辑函数都可变换为标准与组合逻辑函数都可变换为标准与-或式，因或式，因此，用此，用 PROM 可实

12、现组合逻辑函数。可实现组合逻辑函数。9.2.5 PROM 的应用的应用现在学习的是第15页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 例例 试用试用 PROM 构成一个构成一个 1 位全加器。位全加器。解：解：(1)设在第设在第 i 位的二进制数相加，输入变量为被加数位的二进制数相加，输入变量为被加数 Ai、加数加数Bi，低位来的进位数为，低位来的进位数为Ci-1。输出为本位和。输出为本位和Si、向、向 相邻高位的进位数为相邻高位的进位数为 Ci。由此可列出全加器的真值表。由此可列出全加器的真值表。1111110011101010100110110010100110000000

13、CiSiCi-1BiAi输输 出出输入输入现在学习的是第16页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页Ai1BiCi-11m0m1m2m3m4m5m6m7地地址址译译码码器器CiSi(2)画出用画出用 PROM 实现的逻辑图实现的逻辑图现在学习的是第17页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页9.3 随机存取存储器随机存取存储器 主要要求：主要要求：理解理解 RAM 的电路结构和工作原理。的电路结构和工作原理。理解理解 RAM 的扩展存储容量的方法。的扩展存储容量的方法。现在学习的是第18页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 RAM

14、 的电路结构 9.3.1 RAM 的电路结构的电路结构 为了能方为了能方便地选择到存便地选择到存储器中的任一储器中的任一个存储单元，个存储单元，将地址译码器将地址译码器分为行、列地分为行、列地址译码器，然址译码器，然后根据行、列后根据行、列地址去选通相地址去选通相应的存储单元应的存储单元进行读出或写进行读出或写入数据。入数据。现在学习的是第19页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 RAM 的电路结构 由于单片由于单片 ROM 的存储的存储容量是很有限容量是很有限的，往往不能的，往往不能满足计算机和满足计算机和其它信息处理其它信息处理系统的要求，系统的要求，因此，需用多因

15、此，需用多片片 RAM 来扩来扩展存储容量。展存储容量。因此，在每片因此，在每片 RAM 上设有上设有片选端和读片选端和读/写控制端。写控制端。9.3.1 RAM 的电路结构的电路结构现在学习的是第20页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 RAM 的电路结构 输入输入/输输出线数多少取出线数多少取决于每个地址决于每个地址中寄存器的位中寄存器的位数。如在数。如在512 4 位的位的 RAM 中中，每个地址，每个地址中有中有 4 个存储个存储单元，所以有单元，所以有 4 条条 I/O 线。线。9.3.1 RAM 的电路结构的电路结构现在学习的是第21页，共35页第第 9 章

16、章 半导体存储器半导体存储器返回首页 RAM 的电路结构 在在 RAM中存储单元被中存储单元被排列成矩阵的排列成矩阵的形式，所以称形式，所以称为存储矩阵。为存储矩阵。每个存储单元每个存储单元只有被行输出只有被行输出线和列输出线线和列输出线同时选中的才同时选中的才能被访问。存能被访问。存储单元可以是储单元可以是静态的，也可静态的，也可以是动态的。以是动态的。9.3.1 RAM 的电路结构的电路结构现在学习的是第22页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页RAM 与与 ROM 的比较的比较 相同处 都含有地址译码器和存储矩阵都含有地址译码器和存储矩阵 寻址原理相同寻址原理相同

17、相异处 ROM 的存储矩阵是或阵列，的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路是组合逻辑电路。ROM 工作时工作时只能读出不能写入。掉电后数据只能读出不能写入。掉电后数据 不会丢失不会丢失。RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成，成，是时序逻辑电路是时序逻辑电路。RAM 工作时工作时能读出，能读出，也能写入也能写入。读或写由读。读或写由读/写控制电路进行控制。写控制电路进行控制。RAM 掉电后数据将丢失掉电后数据将丢失。现在学习的是第23页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元六管 CMOS 静态

18、 存储 单元 一、一、静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元）的存储单元 由由V1、V2和和V3、V4两个两个CMOS 反相器反相器输出和输入交输出和输入交叉耦合组成的叉耦合组成的基本触发器，基本触发器，可用来存储一可用来存储一位二进制信息。位二进制信息。1.电路组成电路组成现在学习的是第24页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页六管 CMOS 静态 存储 单元 一、一、静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元）的存储单元 V5、V6为为由行线由行线 X 控制控制的门控管。的门控管。V7、V8为为由列线由列线 Y 控制控制的门控管

19、。的门控管。9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元1.电路组成电路组成现在学习的是第25页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页六管 CMOS 静态 存储 单元 一、一、静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元）的存储单元2.工作原理工作原理9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元读操作：读操作：在在X=1、Y=1时，时，V5、V6和和V7、V8都导通，触发都导通，触发器和位线接通，器和位线接通，数据线和位线数据线和位线也接通，这时，也接通，这时，触发器中存储触发器中存储的数据通过数的数据通过数据线读出。据线读出。现在学习的是第26页，共35页

20、第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页六管 CMOS 静态 存储 单元 一、一、静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）的存储单元）的存储单元2.工作原理工作原理9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元写操作：写操作：在在 X=1、Y=1 时，将要写入存储时，将要写入存储单元的数据送到数据线单元的数据送到数据线D 和和 D 上。如写数据上。如写数据 1时，由于时，由于 V7、V5 导通，导通，D=1 通过这两个通过这两个 MOS 管送到管送到 Q 端；由于端；由于 V8、V6 导通，导通，D=0 送到送到 Q 端，端，使使 V1 截止、截止、V3 导通，这导通，这时时

21、Q=D=1、Q=D=0，触发器置，触发器置 1，表示输，表示输入的数据入的数据 D=1 已被写已被写入存储单元。入存储单元。现在学习的是第27页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页 二、二、动态随机存取存储器（动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元）的存储单元9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元 静态静态 RAM 存储单元的主要缺点是静态功耗存储单元的主要缺点是静态功耗大，使集成度受到限制，采用动态大，使集成度受到限制，采用动态 MOS RAM 可克服这个缺点。动态可克服这个缺点。动态 RAM 存储单元是利用存储单元是利用 MOS 管栅极与源极之间的高阻抗及栅极

22、电容来管栅极与源极之间的高阻抗及栅极电容来存储信息的。由于电容存在漏电，栅极电容上存储信息的。由于电容存在漏电，栅极电容上存储的信息不可能长期保存，为了防止信息丢存储的信息不可能长期保存，为了防止信息丢失，必须定时给电容补充电荷。失，必须定时给电容补充电荷。现在学习的是第28页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页四管 MOS 动态 存储 单元 二、二、动态随机存取存储器（动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元）的存储单元 C1、C2为为 MOS 管的栅极管的栅极输入电容，数输入电容，数据以电荷的形据以电荷的形式存储在式存储在 C1、C2 上。上。9.3.2 RAM 中的

23、存储单元中的存储单元现在学习的是第29页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页二、二、动态随机存取存储器（动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元）的存储单元单管 MOS 动态存储单元 9.3.2 RAM 中的存储单元中的存储单元现在学习的是第30页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页9.3.3 RAM 的扩展的扩展 (一一)RAM的位扩展的位扩展如一片如一片 RAM 的字数已够用，而每个字的位数不够用，的字数已够用，而每个字的位数不够用，则采用位扩展的方法来扩展每个字的位数。其方法是将各片则采用位扩展的方法来扩展每个字的位数。其方法是将各片 RAM

24、的的 地址输入端、读地址输入端、读/写控制端写控制端 R/W 和片选端和片选端 CS 对应地对应地并接在一起。并接在一起。RAM 的 位 扩 展 接 法 现在学习的是第31页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页RAM的字扩展接法 (二二)RAM的字扩展的字扩展如一片如一片RAM的位的位数已够用，而字数不数已够用，而字数不够用，则采用字扩展够用，则采用字扩展的方法来扩展存储器的方法来扩展存储器的字数。字扩展通常的字数。字扩展通常需用外加译码器来控需用外加译码器来控制芯片的片选输入信制芯片的片选输入信号号 CS 实现。实现。如字数和位数都不如字数和位数都不够用，则可将字数和位

25、够用，则可将字数和位数同时进行扩展，便组数同时进行扩展，便组成了大容量的存储器。成了大容量的存储器。现在学习的是第32页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页半半导导体体存存储储器器由由许许多多存存储储单单元元组组成成，每每个个存存储储单单元元可可存存储储一一位位二二进进制制数数。根根据据存存取取功功能能的的不不同同，半半导导体体存存储储器器分分为为只只读读存存储储器器(ROM)和和随随机机存存取取存存储储器器(RAM)，两两者者的的存存储储单单元元结结构构不不同同。ROM 属属于于大大规规模模组组合合逻逻辑辑电电路路，RAM 属属于于大大规规模模时时序逻辑电路序逻辑电路。

26、本本 章章 小小 结结现在学习的是第33页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页ROM 用用于于存存放放固固定定不不变变的的数数据据，存存储储内内容容不不能能随随意意改改写写。工工作作时时，只只能能根根据据地地址址码码读读出出数数据据。断断电电后后其其数数据据不不会会丢丢失失。ROM有有固固定定 ROM(又又称称掩掩膜膜 ROM)和和可可编编程程 ROM之之分分。固固定定 ROM 由由制制造造商商在在制制造造芯芯片片时时，用用掩掩膜膜技技术术向向芯芯片片写写入入数数据据，而而可可编编程程 ROM 则则由由用用户户向向芯芯片片写写入入数数据据。可可编编程程 ROM 又又分分为为一一次次可可编编程程的的 PROM 和和可可重重复复改改写写、重重复复编编程程的的 EPROM 和和 E2PROM。EPROM 为为电电写写入入紫紫外外擦擦除除型型，E2PROM 为为电电写写入入电电擦擦除除型型，后后者者比比前前者者快快捷捷方方便便。可可编编程程 ROM 都都要要用用专专用用的的编编程程器器对对芯片进行编程芯片进行编程。现在学习的是第34页，共35页第第 9 章章 半导体存储器半导体存储器返回首页感谢大家观看现在学习的是第35页，共35页