第8章半导体存储器h.ppt

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1、内容提要内容提要u半导体存储器的分类与主要技术指标半导体存储器的分类与主要技术指标u只读存储器只读存储器ROM的结构和工作原理的结构和工作原理u随机存取存储器随机存取存储器RAM的结构和工作原理的结构和工作原理u存储器容量的扩展方法存储器容量的扩展方法数字电子技术基础实用教程数字电子技术基础实用教程随机存取存储器随机存取存储器 Rand Access Memory(RAM)静态随机存取存储器静态随机存取存储器 Static RAM(SRAM)动态随机存取存储器动态随机存取存储器 Dynamic RAM(DRAM)只读存储器只读存储器 Read-Only Memory(ROM)可编程只读存储器可

2、编程只读存储器 Programmable Read-Only Memory(PROM)紫外线可擦除只读存储器紫外线可擦除只读存储器 Erasable PROM (EPROM)电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器 Electrically EPROM (E2 PROM)快闪存储器快闪存储器 Flash Memory 双双 语语 对对 照照 数字信息在运算或处理过程中，需要进行大量的数字信息在运算或处理过程中，需要进行大量的数据存储，由此应有专门的存储器。数据存储，由此应有专门的存储器。存储器一般是由许多触发器或其它记忆元件构成存储器一般是由许多触发器或其它记忆元件构成的用以存储一系列二进制数码的

3、器件。的用以存储一系列二进制数码的器件。存储器的种类很多，其中，半导体存储器是大规存储器的种类很多，其中，半导体存储器是大规模集成电路，有品种多、容量大、速度快、耗电省、模集成电路，有品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。得到广泛应用。8.1半导体存储器概述半导体存储器概述 8.1.1半导体存储器的分类：半导体存储器的分类：1按工艺的不同，分为双极型和单极型按工艺的不同，分为双极型和单极型 2按读、写能力的不同，分为按读、写能力的不同，分为RAM和和ROM。8.1.2存储器的技术指标存储器的技术

4、指标1.存储容量存储容量存储器存放数据的多少，即存储单元的总数。存储器存放数据的多少，即存储单元的总数。存储单元通常以存储单元通常以“字字”为单位排列成矩阵形式，一为单位排列成矩阵形式，一个字有若干位数据，每位数据各自存放在一个存储个字有若干位数据，每位数据各自存放在一个存储单元中。单元中。字：地址线的译码字：地址线的译码位：数据线位：数据线存储容量表示方法：字存储容量表示方法：字位，如位，如存储容量表示方法：字存储容量表示方法：字位，如位，如某个存储器有某个存储器有12根地址线，根地址线，8根数据线，则根数据线，则12根地址线可以译出根地址线可以译出212=22210=4K个字线，个字线，8

5、根数据线为根数据线为8根位线，其存储容量为根位线，其存储容量为4K8=32KB。2.存取时间存取时间 访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需要的时间，一般为十几纳秒至几百纳秒。最大存要的时间，一般为十几纳秒至几百纳秒。最大存取时间越小，存储器芯片的工作速度也就越快。取时间越小，存储器芯片的工作速度也就越快。1.特点：特点：只读存储器，在元件正常工作的情况下，其中的代码只读存储器，在元件正常工作的情况下，其中的代码与数据将永久保存其存储的内容固定不变。因此，只与数据将永久保存其存储的内容固定不变。因此，只能读出，不能随时写入。能读出，不能随时写入。R

6、ead Only Memory8.2 只读存储器只读存储器(ROM)ROM的用途：的用途：一般应用于一般应用于PC系统的程序码、主机板上的系统的程序码、主机板上的 BIOS(基基本输入本输入/输出系统输出系统Basic Input/Output System)等。等。PROM：一次性可编程只读存储器一次性可编程只读存储器（Programmble ROM）使用前，用户一次性写入数据，不得改写。使用前，用户一次性写入数据，不得改写。ROM的种类：的种类：MROM：掩模只读存储器掩模只读存储器（Masked ROM）制造时固制造时固化数据，工作中只读，得不改写。化数据，工作中只读，得不改写。EPRO

7、M：紫外线可擦除可编程只读存储器紫外线可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM）数据写入后，可用紫外线照数据写入后，可用紫外线照射擦除射擦除。擦除后可重写。擦除后可重写。E2PROM：电可擦除可编程只读存储器电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable PROM）数据写入后，可施加电信号将数据数据写入后，可施加电信号将数据擦除，并写入新数据擦除，并写入新数据，可反复擦写上百次，适用于开，可反复擦写上百次，适用于开发阶段或小批量产品的生产。可在线读写。发阶段或小批量产品的生产。可在线读写。FLASH E2PROM：闪烁存储器闪烁存储器。具有具有E2PROM的擦的

8、擦写特点，擦除速度快得多，擦写次数达上千次。写特点，擦除速度快得多，擦写次数达上千次。ROM主要由主要由地址译码器地址译码器、存储矩阵存储矩阵和和输出缓冲器输出缓冲器三部分组成。三部分组成。2.基本结构及作用基本结构及作用（1）地址译码器）地址译码器将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这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寻址，以便能把其中的数据个控制信号从存储矩阵中寻址，以便能把其中的数据送到输出缓冲器中读取。送到输出缓冲器中读取。（2）存储矩阵）存储矩阵由许多存储单元排列而成。每个单元能存放由许多存储单元排列而成。每个单元能存放1位二值代码（位二值代码（0或

9、或1）。每一个或每一组存储单）。每一个或每一组存储单元有一个对应的地址代码。存储单元可由二极管、元有一个对应的地址代码。存储单元可由二极管、双极型三极管或双极型三极管或MOS管构成。管构成。（3）输出缓冲器）输出缓冲器由三态门组成，用于提高存储器的带负载能由三态门组成，用于提高存储器的带负载能力，并实现对输出状态的三态控制，以便与系统力，并实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。的总线联接。3.典型芯片典型芯片2716 Al0A0：11条地址线，条地址线，2K=2048个字存储单元；个字存储单元；D7D0：双向数据信号输入输出引脚；双向数据信号输入输出引脚；：片选信号：片选信号 ：数据

10、输出允许控制信号引脚：数据输出允许控制信号引脚 Vcc：+5v电源，用于在线的读操作；电源，用于在线的读操作；VPP：+25v电源，用于在专用装置上进行写操作；电源，用于在专用装置上进行写操作；GND：地。：地。CEOE24个引脚：个引脚：2716型型EPROM工作方式工作方式 4.操作时序操作时序8.2.2掩模只读存储器掩模只读存储器由由二二极极管管构构成成的的ROM电电路：路：位线位线字线字线W3=A1A0 11 .W0=0001AA000101111011010001011101地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容输入输入A A1 1A A0 0 ，译码输出对应，译码输出对应字线

11、为字线为1 1，读出该单元的四，读出该单元的四位输出数字量位输出数字量D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0。当当A1A0=01，对应，对应字线字线W1=1。W1线线上上D3、D1、D0三三根线与根线与W1间接有二间接有二极管，三个二极管极管，三个二极管会导通，使会导通，使D3、D1、D0 全为全为1，而而D2为为0。若若 ，可在可在数据输出端得到数据输出端得到D3D2D1D0=10110EN000101111011010001011101地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容若把若把W W0 0 W W3 3 当作变量，当作变量，则则ROMROM的每一个输出可以的每一个输出可

12、以看作是看作是W W0 0 W W3 3相相“或或”如：如：0101310232133WWDWWDWWWDWWD使用使用 MOS 管管的的ROM 矩阵：矩阵：字线和位线间字线和位线间有有 MOS 管的管的单元存储单元存储“0”，无无 MOS 管的管的单元存储单元存储“1”。000101111101110100111010地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容 一次可编程序的一次可编程序的 ROM，在出厂时全部存储，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写然而只能改写一次，称其为一次，称其为 PROM。若将熔丝烧断，该单若将熔

13、丝烧断，该单元则变成元则变成“0”。显然，。显然，一旦烧断后不能再恢复。一旦烧断后不能再恢复。8.2.3可编程只读存储器可编程只读存储器PROM PROM 中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的于是又发展了一种可以改写多次的 ROM，简称，简称 EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或。它所存储的信息可以用紫外线或 X 射线射线照射擦去，然后又可以重新编制信息。照射擦去，然后又可以重新编制信息。8.2.4可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器 EPROM8.2.5 电信号擦除可编程只读存储器电信号擦除可编程只读存储器8.

14、2.6快闪存储器快闪存储器（a）结构 （b）符号图8.2.9 快闪存储器中的叠栅MOS管图9.1.13 快闪存储器的存储单元图9.1.8 Flotox管的结构和符号图9.1.9 PROM的存储单元8.2.7 ROM的应用的应用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 查表查表功能功能 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，这称为函数值作为存放在该地址内的数据，这称为“造表造表”。使用时，根据输入的地址。使用时，

15、根据输入的地址(角度角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为就可在输出端得到所需的函数值，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最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。可。3.用用ROM实现逻辑函数实现逻辑函数译译码码器器ABCW7W0W6W5W4W3W2W1F1F2F3CBACABF1A2A1A0CBACBAABCF2BCACABF3【例例8.2.1】试用设计试用设计个八段字符显示的译个八段字符显示的译码器，其真值表由表码器，其真值表由表8.2.3所列。所列。读写存储器又称读写存储器又称随

16、机存储器随机存储器。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、动态两类；静态、动态两类；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。8.3 随机存储器随机存储器(RAM)RAM的用途是：的用途是：电脑开机时，操作系统和应用程序的所有正在运行电脑开机时，操作系统和应用程序的所有正在运行的数据和程序都会放置其中，并且随时可以对存放在的数据和程序都会放置其中，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存取。它的工作需要由持续的里面的数据进行修改和存取。它的工作需要由持续的电力提供，一旦系统断电，存放在里面的所有数据和电力提供，一旦系统断电，存放在里面的所有数据和程序都会自动清空掉，并且再也无法恢复。程序都会自动清空掉，并且再也无法恢复。根据组成元件的不同，根据组