数字电路第八章 半导体存储器.pptx

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1、存储器概述存储器是数字系统和电子计算机的重要组成部分；功能：存放数据、指令等信息。按材料分类1)磁介质类软磁盘、硬盘、磁带2)光介质类CD、DVD3)半导体介质类ROM、RAM等按功能分类主要分RAM和ROM两类，不过界线逐渐模糊。RAM:SRAM,DRAM,ROM:掩模ROM,PROM,EPROM,EEPROM,FLASH ROM 性能指标1)存储容量一般用字位数表示,即字数位数；如：2568bit=2048位。2)存取时间存储器操作的速度。本课主要讲述半导体介质类器件第1页/共36页半导体存储器 存放大量二进制信息的半导体器件。分为：ROM、RAM。一、只读存储器ROM（read only

2、 memory）ROM 是存储固定信息的存储器件，即先把信息或数据 写入存储器中，在正常工作时，它存储的数据是 固定不变的，只能读出，不能写入。（ROM是存储器结构最简单的一种。）特点：只能读出，不能写入；属于组合电路，电路简单，集成度高；具有信息的不易失性；存取时间在20ns50ns。缺点：只适应存储固定数据的场合。第2页/共36页ROMROM的分类(1)按制造工艺分二极管ROM双极型ROM(三极管)单极型(MOS)(2)按存储内容写入方式分掩膜ROM(固定ROM)厂家固化内容；可编程ROM（PROM）用户首次写入时决定内容。（一次写入式）可编程、光可擦除ROM（EPROM）可根据需要改写数

3、据；可编程、电可擦除ROM（EEPROM 即E2PROM）快闪存储器FLASH ROM第3页/共36页1 1、腌膜ROM(ROM(固化ROM)ROM)采用腌膜工艺制作ROM时，其存储的数据是由制作过程中的腌膜板决定的。这种腌膜板是按照用户的要求而专门设计的。因此，腌膜ROM在出厂时内部存储的数据就“固化”在里面了，使用时无法再更改。A0Ai地址译码器.存储矩阵输出缓冲器地址输入三态控制输入数据输出（1）基本构成第4页/共36页地址译码器的作用将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出，并把 其中的数据送到输出缓冲器。A0Ai地址译码器.存储矩阵输出缓冲器地

4、址输入三态控制输入数据输出存储矩阵是由存储单元排列而成，可以由二极管、三极管或 MOS管构成。每个单元存放一位二值代码。每一个或一组 存储单元对应一个地址代码。输出缓冲器的作用：、提高存储器的带负载能力，将高、低电平转换标准的逻辑电平；、实现对输出的三态控制，以便与 系统总线连接。第5页/共36页（2 2）举例4 44 4存储器2位地址代码A1、A0给出4个不同地址，4个地址代码分别译出W0W3上的高电平信号。位输出线111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3VccA1A0W3二极管与门作译码A1A000 W01；A1A001 W11；A1A0

5、10 W21；A1A011 W31；第6页/共36页（2 2）举例4 44 4存储器（续）存储矩阵由4个二极管或门组成，当W0W3线上给出高电平信号时，会在D0D3输出一个二值代码位输出线111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3D3W3W1二极管或门作编码器D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0W1W0W3：字线D0D3：位线（数据线）A0、A1：地址线第7页/共36页（2 2）举例4 44 4存储器（续）位输出线111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W2W1W0地址译码器存储矩阵END3字线和位线的每个交叉点都

6、是一个存储单元，在交叉点上接二极管相当于存1，没接二极管相当于存0，交叉点的数目就是存储容量，写成“字数位数”的形式D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0W1存储内容真值表地 址数 据A1 A0D3 D2 D1 D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0第8页/共36页m1m3m0m2m3m1m3m0m1地 址数 据A1 A0D3 D2 D1 D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0D3D2D1D0与阵列或阵列W1W0W2 W3简化ROM点阵图字输出：D3D2D1D0随着地址的不同有不同的数据。

7、位输出：D3、D2、D1、D0每根位线，由不同的最小项组成，可实现组合逻辑函数。D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0W1输出方式第9页/共36页2 PROM(2 PROM(可编程ROM)ROM)PROM只能写一次，一旦写入就不能修改（OTP型）。基本结构同掩模ROM，由存储矩阵、地址译码和输出电路组成。出厂时在存储矩阵地所有交叉点上都做有存储单元，一般存1。存数方法：熔丝法和击穿法。熔丝法图示e熔丝cbVcc字线位线加高电压将熔丝化断，即可将原有的1改写为0。第10页/共36页3 EPROM3 EPROM、E E2 2PROMPROM、FLASH FLASH ROMROM电擦除

8、，一般芯片内部带有升压电路，可以直接 读写EEPROM，擦除时间短(ms级)，可对单个存储单元擦除。读出：5V；擦除：20V；写入：20V。EPROM：光擦除可编程ROME2PROM：电擦除可编程ROMFLASH ROM：电擦除可编程ROM紫外线照射擦除，时间长1020分钟整片擦除写入一般需要专门的工具结合EPROM和EEPROM的特点，构成的电路形式简 单，集成度高，可靠性好。擦除时间短(s级)，整片擦除、或分块擦除。读出：5V；写入：12V；擦除：12V(整块擦除)第11页/共36页EPROME2PROM第12页/共36页二、随机存储器RAM RAM（random access rando

9、m access memory memory）RAM在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器(或读写存储器)。读写速度很快。但一般有易失性，数据掉电后就消失。RAM 按功能可分为RAM 按所用器件可分为RAM 优点：读写方便，具有信息的灵活性。缺点：一般有易失性，数据掉电后就消失。静态(SRAM)动态(DRAM)双极型 MOS型第13页/共36页1.SRAM1.SRAM的基本结构A0Ai行地址译码器.列地址译码器Ai+1An-1存储矩阵读写控制电路CSR/WI/O地址输入控制输入数据输入/输出输入信号（三组）：地址输入、控制输入和数据输

10、入输出信号（一组）：数据输出第14页/共36页A0Ai行地址译码器.列地址译码器Ai+1An-1存储矩阵读写控制电路CSR/WI/O地址输入控制输入数据输入/输出存储矩阵：有许多存储单元排列而成，每个存储单元存一位二值信息（0、1），在译码器和读/写电路的控制下，既可以写入1或0，又可以将存储的数据读出。第15页/共36页 由于存储器的容量巨大，在存储器中使用双译码形式，就是地址分成行列两组，以简化电路。分行列译码，用两条线来共同选择存储单元。R/W=1，读出 R/W=0，写入CS=0，工作 CS=1，高阻A0Ai行地址译码器.列地址译码器Ai+1An-1存储矩阵读写控制电路CSR/WI/O地

11、址输入控制输入数据输入/输出第16页/共36页例：1024X4 SRAM（2114）A3A4A5A6A7A8行地址译码器列地址译码器存储矩阵读写控制电路CSR/W数据输入/输出A0 A1 A2 A9I/O0I/O1I/O2I/O3地址线：10根，A0 A9数据线：4根，I/O0 I/O3控制线：2根，片选，0有效；读写控制第17页/共36页每个由X，Y共同选中的单元中实际包含了4个1位数据存储单元 表示4位数据。行选择线有32条(含5根地址线)，列选择线8条(含3根地址线),一共可以有328=256个组合总的存储容量就是2564。2564RAM存储矩阵行地址译码器列地址译码器A0A1A2A3A

12、5A6A7A4第18页/共36页10244 RAM列控制门数据线行选择2664列选择241610244RAM存储矩阵行地址译码器列地址译码器第19页/共36页&G1G2G3DDR/WCSI/OD/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器内部写入。输入输出控制电路存储体第20页/共36页&G1G2G3DDR/WCSI/O100D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器内部写入。输入输出控制电路 CS=1时，G1,G2,G3都是高阻，存储器与输入/输出线完全隔离存储体第21

13、页/共36页&G1G2G3DDR/WCSI/O01D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器内部写入。输入输出控制电路 CS=0、R/W=1时：G1,G2三态，G3开通D端数据输出到I/O线上 CS=1时，G1,G2,G3都是高阻，存储器与输入/输出线完全隔离存储体第22页/共36页&G1G2G3DDR/WCSI/O100D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器内部写入。输入输出控制电路 CS=0,R/W=0时,G1,G2开通，G3三态，I/O上的数据被同时送到D/

14、D上，改变存储单元内部内容。CS=0、R/W=1时：G1,G2三态，G3开通D端数据输出到I/O线上 CS=1时，G1,G2,G3都是高阻，存储器与输入/输出线完全隔离存储体第23页/共36页RAMRAM操作时序要求：了解时序图第24页/共36页SRAM体积大不易高密度集成，大容量存储器一般都采用DRAMDRAM存储依赖MOS管栅极的寄生电容效应原理制成的。2、DRAMC上电荷也不能长时间维持，所以还必须定时对电容充电，称为再生或刷新。第25页/共36页说明：ROM无R/W，位扩展其余端的连接与RAM相同。三、存储器容量扩展1、位扩展地址并联，I/O独立第1片第4片40964RAM扩展成409

15、616的存储器系统A11 A0R/WCS D0D15方法：第26页/共36页2、字扩展地址并联，CS独立例：4片8K8位RAM扩展成32K8位RAM32K有15条地址线，8K芯片本身用13条，另两条译码后作为片选。000000000000000001111111111111 即 0000H1FFFH；A0A12R/WA13A14D0D7/Y0/Y1/Y2/Y3第片地址范围：第片地址范围：2000H3FFFH第片地址范围：4000H5FFFH第片地址范围：6000H7FFFH方法：第27页/共36页四、存储器的基本应用1.字应用由地址读出对应的字，例实现B码G码的转换。二进制二进制G3 G2 G

16、1 G000000 0 0 000010 0 0 100100 0 1 100110 0 1 001000 1 1 001010 1 1 101100 1 0 101110 1 0 010001 1 0 010011 1 0 110101 1 1 110111 1 1 011001 0 1 011011 0 1 111101 0 0 111111 0 0 0B3B3B2B2B1B1B0B00 5 10 15G3G2G1G0第28页/共36页用PROM实现22快速乘法器D3D2D1D0A1A0B1B0解：A1A0-被乘数，B1B0-乘数，作为PROM的地址；D3D2D1D0-乘积，作为ROM的内

17、容存放在相应的存储单元。ROM 容量为164位。例：用适当容量的PROM实现22快速乘法器。如果要实现mn快速乘法器，PROM的容量至少为：字位2m+n（mn）。第29页/共36页全加器0 5 10 15组合逻辑函数的实现：基本门电路；译码器；数据选择器；ROMAiAiBiBiCi-1Ci-1SiCiAi Ai Bi Bi C-1 C-1Si Ci两种表示形式例1 用ROM实现全加器2.位应用实现组合函实现组合函数数 0 1 2 3 4 5 6 7第30页/共36页例例2 用用ROM实现将实现将8421BCD码转换为七段数字显示译码转换为七段数字显示译码电路码电路 8421BCDa b c d

18、 e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 00 0 1 0 1 1 0 1 1 0 10 0 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 0 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 11 0 1 1 0 1 10 1 1 00 0 1 1 1 1 10 1 1 11 1 1 0 0 0 01 0 0 01 1 1 1 1 1 11 0 0 11 1 1 0 0 1 1B3B3B2B2B1B1B0B0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9abcdefg第31页/共36页 【例】试用PROM实现字符发生器（或字符译码器）。图 5-13 字符R

19、的显示电路D4D3D2D1D0A2A1A00Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7YA0A1A2SACSBS模 7 计数器CPW0W1W2W3W4W5W67413875 LED点阵D4D3D2D1D01PROM视觉暂留原理第32页/共36页本章要求熟练掌握半导体存储器的分类、特点；熟练掌握ROM的应用（字应用、位应用）；熟练掌握半导体存储器的扩展方法（字扩展、位扩展）；掌握ROM、RAM的基本结构和概念。作业：8.3 8.5 8.7 8.8 本章完第33页/共36页10244 RAM列控制门行控制门在内部数据线行选择2664列选择241610244RAM存储矩阵行地址译码器列地址译码器第34页/共36页&G1G2G3DDR/WCSI/O10001D/D连接存储器内部的各个存储单元，既做数据输入，也作数据输出，可以从D上读取存储器的内容，也可以向存储器内部写入。输入输出控制电路 CS=0,R/W=0时,G1,G2开通，G3三态，I/O上的数据被同时送到D/D上，改变存储单元内部内容。CS=0、R/W=1时：G1,G2三态，G3开通D端数据输出到I/O线上 CS=1时，G1,G2,G3都是高阻，存储器与输入/输出线完全隔离存储体第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页