第八章 半导体存储器 教学目的： .只读存储器(ROM)电路结构及特点
数字电子技术教学大纲
数字电子技术教学大纲(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《数字电子技术》教学大纲一、课程说明【课程性质】数字电子技术是电子技术的一个重要组成部分，《数字电子技术》是电子信息专业本科学生一门重要的专业技术基础课程，数字电子技术是今后电子技术发展的主要方向，本门课程的开设是为培养电子信息科学与技术、电子信息工程、通信工程专业学生分析、设计数字电子电路，进而全面提高学生对电子电路应用能力，本门课程还为后续课程的学习提供专业基础。
【目的任务】掌握数字电子技术的基本槪念、基本原理和基本的分析、设计方法。
熟悉典型基本单元电路及数字系统读图。
【学习本课程的前设知识】学习本课程前，学生应具备一定的电子电路知识和初步的电路分析能力。
【总体目标与要求】《数字电子技术》是一门重要技术基础必修课程，通过本课程学习和实验训练, 使学生掌握数字电子技术的基本理论，熟悉其基本概念、基本原理和基本分析和设计方法，能进行简单的数字电路的安装和调试，并具备进一步学习电子技术及其专业课的能力。
【教材与教学参考书】教材：《电子技术基础》（数字部分）（第四版）高等教育出版社康华光主编《电子技术基础实验》高等教育出版社陈大钦主编参考书：《数字电子技术基础》高等教育出版社阎石主编《数字电路》西安电子科技大学出版社江晓安主编《数字系统与设计》清华大学出版社韩宝琴主编【课程总学时】理论课：72学时；实验课：24学时；总学时：96学时。
二、学时分配三、教学内容和教学要求理论部分：第一章数字逻辑基础[教学目的和要求] 通过本章的学习，使学生了解模拟信号与数字信号、模拟电路与数字电路的区别与联系，掌握数字量、数制的概念及不同数制的互化，掌握基本逻辑运算、逻辑函数的概念及逻辑问题的描述。
[教学内容]引言1．１模拟信号与数字信号1.1.1模拟信号1.1.2数字信号二值数字逻辑与逻辑电平数字波形模拟量的数字表示1．２数字电路数字电路的发展与分类数字电路的分析方法与测试技术1．３数制十进制二进制二－十进制之间的转换十六进制和八进制1．４二进制码1．５基本逻辑运算1．６逻辑函数与逻辑问题描述[教学建议] 基本逻辑运算、逻辑函数的概念及逻辑问题的描述是本章重点，尤其是逻辑函数的不同表示方法及其互相转换，应通过实例详细介绍。
《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
8半导体存储器与可编程逻辑器件
1. 存储矩阵
存储矩阵由大量基本存储 单元组成，每个存储单元可以 存储一位二进制数。这些存储 单元按字(Word)和位(Bit)构成 存储矩阵。 存贮容量 = 字数字长(每个字所包含的二进制数码的位数） 64K×8表示具有64K字，字长8位，共512K的存贮容量。
1K=1024(210) , M=1024K(220)
或阵列：一组或门，输出端 输出数据，输入端是位线， 字线与位线的2n个交叉点都 是可编程接点。
用一个译码器框代替固定的 “与”阵列,得PROM的简化
阵列图。
PROM的简化阵列图
注意：因位线一般接有下拉 电阻，故未与字线连接时是 低电平。图中的下拉电阻可 以省略。
2. PROM的可编程节点 出厂时，存储单元的内容为全1(或全0)，用户可根据需要 将某些单元通过编程改写为1(或0)。
(2) 芯片的片选控制端和读/写控制端也分别连在一起。
(3) 数据端各自独立，每一个I/O为568的存储器的连接图
2. 字扩展连接 用位数相同的RAM芯片组成字数更多的存储器 。
4片2568RAM芯片组成10248存储器的连接
3. 复合扩展
如果字数和位数都不够时,可以进行复合扩展连接，即 首先进行位扩展，然后再进行字扩展连接。
(1) 低密度PLD a. 只读存储器 ROM是一种早期的PLD，由于结构的限制，它更适合 于存储数据。
b. 可编程逻辑阵列 (Programmable Logic Array ,简称 PLA)
由可编程的与和或阵列组成，可以实现任意逻辑函数。
c. 可编程阵列逻辑( Programmable Array Logic ，简称 PAL) d. 通用阵列逻辑(Genetic Array Logic ，简称GAL)
数字电路第8章存储器
说，它的存储容量为2 n×m位。
存储器的容量＝字数×位数 或门阵列来实现。
ROM的容量由
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数字电路第8章存储器
2. 4×4ROM的电路结构和简化框图
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数字电路第8章存储器
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数字电路第8章存储器
单位有位、字节、字、字长等的基本概念。
（1）位
计算机系统中，一个二进制的取值单位称为 二进制位，简称“位”，用b表示（bit的缩写），是表 示信息的最小单位。
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数字电路第8章存储器
（2）字节
通常将8个二进制位称为一个字节，即连续8个 比特，就是一个字节。简称B（Byte的缩写），是 表示的基本单元。在微型计算机中，往往以字节 为单位来表示文件或数据的长度以及存储器容量 的大小。除此之外，还可用K，M，G或T为单位。 例如，一台电脑的内存是128兆字节，就是说这台 电脑有128个百万字节的内存。
3. 4×4ROM电路的工作原理
（1）当使能控制S＝1时，A0、A1在“00～11”中 取值，W0～W3中必有一根被选中为“1”。此时，若 位线与该字线交叉点上跨接有二极管，则该二极管 导通，使相应的位线输出为“1”；若位线与字线交叉 点无二极管，则相应的位线输出为“0”。
存储器（Memory ）：是数字系统中记忆大量 信息的部件。
存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及 各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存 储信息的仓库。
典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的 存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数 码和信息。
随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体 存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛 应用于各种数字系统中。
半导体的基础知识教案
半导体的基础知识教案第一章：半导体概述1.1 半导体的定义与特性解释半导体的概念介绍半导体的物理特性讨论半导体的重要参数1.2 半导体的分类与制备说明半导体材料的分类探讨半导体材料的制备方法分析半导体器件的制备过程第二章：PN结与二极管2.1 PN结的形成与特性解释PN结的概念与形成过程探讨PN结的特性分析PN结的应用领域2.2 二极管的结构与工作原理介绍二极管的结构解释二极管的工作原理探讨二极管的主要参数与规格第三章：双极型晶体管（BJT）3.1 BJT的结构与分类解释BJT的概念介绍BJT的结构与分类分析BJT的运作原理3.2 BJT的特性与参数探讨BJT的输入输出特性讨论BJT的主要参数与规格分析BJT的应用领域第四章：场效应晶体管（FET）4.1 FET的结构与分类解释FET的概念介绍FET的结构与分类分析FET的运作原理4.2 FET的特性与参数探讨FET的输入输出特性讨论FET的主要参数与规格分析FET的应用领域第五章：半导体器件的应用5.1 半导体二极管的应用介绍半导体二极管的应用领域分析二极管在不同电路中的应用实例5.2 半导体晶体管的应用解释半导体晶体管在不同电路中的应用探讨晶体管在不同电子设备中的应用实例5.3 半导体集成电路的应用介绍半导体集成电路的概念分析集成电路在不同电子设备中的应用实例第六章：半导体存储器6.1 存储器概述解释存储器的作用与分类探讨半导体存储器的发展历程分析存储器的主要参数6.2 RAM与ROM介绍RAM（随机存取存储器）的原理与应用解释ROM（只读存储器）的原理与应用分析RAM与ROM的区别与联系6.3 闪存与固态硬盘探讨闪存（NAND/NOR）的原理与应用介绍固态硬盘（SSD）的结构与工作原理分析固态硬盘的优势与挑战第七章：太阳能电池与光电子器件7.1 太阳能电池解释太阳能电池的原理与分类探讨太阳能电池的优缺点分析太阳能电池的应用领域7.2 光电子器件解释光电子器件的分类与应用探讨光电子器件的发展趋势第八章：半导体传感器8.1 传感器的基本概念解释传感器的作用与分类探讨传感器的基本原理分析传感器的主要参数8.2 常见半导体传感器介绍常见的半导体传感器类型解释半导体传感器的原理与应用分析半导体传感器的优势与挑战8.3 传感器在物联网中的应用探讨物联网与传感器的关系介绍传感器在物联网应用中的实例分析物联网传感器的发展趋势第九章：半导体激光器与光通信9.1 半导体激光器解释半导体激光器的工作原理探讨半导体激光器的特性与参数分析半导体激光器的应用领域9.2 光通信原理解释光纤通信与无线光通信的区别探讨光通信系统的组成与工作原理9.3 光通信器件与技术介绍光通信器件的类型与功能解释光通信技术的分类与发展趋势分析光通信在现代通信系统中的应用第十章：半导体技术与未来趋势10.1 摩尔定律与半导体技术发展解释摩尔定律的概念与意义探讨摩尔定律对半导体技术发展的影响分析半导体技术的未来发展趋势10.2 纳米技术与半导体器件介绍纳米技术在半导体器件中的应用解释纳米半导体器件的特性与优势探讨纳米半导体器件的未来发展趋势10.3 新兴半导体技术与应用分析新兴半导体技术的种类与应用领域探讨量子计算、生物半导体等未来技术的发展前景预测半导体技术与产业的未来发展趋势重点和难点解析重点环节一：半导体的定义与特性重点环节二：半导体的分类与制备重点环节三：PN结与二极管重点环节四：双极型晶体管（BJT）重点环节五：场效应晶体管（FET）重点环节六：半导体存储器重点环节七：太阳能电池与光电子器件重点环节八：半导体传感器重点环节九：半导体激光器与光通信重点环节十：半导体技术与未来趋势全文总结和概括：本文主要对半导体的基础知识进行了深入的解析，包括半导体材料的分类与特性、半导体的制备方法、PN结与二极管、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）、半导体存储器、太阳能电池与光电子器件、半导体传感器、半导体激光器与光通信以及半导体技术与未来趋势等内容进行了详细的阐述。
数字电子技术第8章存储器与可编程逻辑器件习题及答案
第8章存储器与可编程逻辑器件8.1存储器概述自测练习1．存储器中可以保存的最小数据单位是（）。
（a）位（b）字节（c）字2．指出下列存储器各有多少个基本存储单元？多少存储单元？多少字？字长多少？（a） 2K×8位（）（）（）（）（b） 256×2位（）（）（）（）（c） 1M×4位（）（）（）（）3．ROM是（）存储器。
（a）非易失性（b）易失性（c）读/写（d）以字节组织的4．数据通过（）存储在存储器中。
（a）读操作（b）启动操作（c）写操作（d）寻址操作5．RAM给定地址中存储的数据在（）情况下会丢失。
（a）电源关闭（b）数据从该地址读出（c）在该地址写入数据（d）答案（a）和（c）6．具有256个地址的存储器有（ ）地址线。
（a）２５６条（b）６条（c）8条（d）16条7．可以存储２５６字节数据的存储容量是（ ）。
（a）２５６×１位（b）２５６×８位（c）１Ｋ×４位 （d）２Ｋ×１位答案：1．a2．（a）2048×8；2048；2048；8（b）512；256；256；2（c）1024×1024×4；1024×1024；1024×1024；43．a4．c5．d6．c7．b8.2随机存取存储器（RAM）自测练习1.动态存储器（DRAM）存储单元是利用（）存储信息的，静态存储器（SRAM）存储单元是利用（）存储信息的。
2.为了不丢失信息，DRAM必须定期进行（）操作。
3.半导体存储器按读、写功能可分成（）和（）两大类。
4.RAM电路通常由（）、（）和（）三部分组成。
5.6116RAM有（）根地址线，（）根数据线，其存储容量为（）位。
答案：1．栅极电容，触发器2．刷新3．只读存储器，读/写存储器4．地址译码，存储矩阵，读/写控制电路5．11，8，2K×8位8.3 只读存储器（ROM）自测练习1．ROM可分为（）、（）、（）和（）几种类型。
只读存储器ROM
只读存储器ROM一、只读存储器的一般结构容量=字位=16字位ROM结构图:地址译码器是一个二进制全译码电路，即是一个不行编程的“与”阵列。
存储体是一个“或”结构的阵列。
读出的信息内容如表所示：从中可知：ROM没有记忆电路，且由固定的“与”阵列和固定的“或”阵列组成，所以是一种组合规律电路。
假如“与”和“或”阵是可编程时，就是前面介绍的组合型可编程规律器件(PLD)了。
为此，ROM也可用简化图表示了。
表明PLD器件是由ROM逐步进展过来的。
二、只读存储器ROM的种类依据不同的半导体制造工艺，或阵列的编程方式有多种。
存储器ROM种类通常按其编程工艺划分：1.掩膜型只读存储器：用掩膜工艺，生产厂在存储体中的字位线交叉处，依据用户要求的存储内容，制作半导体器件。
一旦制成，其内容就固定，无法更改，只供读出。
如家电中的洗衣机程序，电风扇程序都是固定的。
2.一次编程(改写)的只读存储器PROM：可以编程一次，编程后内容就固定了，再无法更改。
在这种PROM中的存储体内，字位线的每个交叉点上都做上一个半导体器件。
3.可多次编程(改写)的只读存储器EPROM(紫外线擦除式可编程只读存储器UVEPROM：Ultraviolat Erasable Programmable ROM)：这种ROM在每个字位线的交叉点都做上一个特别的MOS器件。
一种是FAMOS(Floating gate Avalanche Injunction MOS)；另一种是SIMOS(Stacked gate Injunction MOS)。
它与一般MOS管不同的是有两个栅极，第一栅极与其它电极完全绝缘。
要求能掌握管子导电或截止的思路是：设法让栅极g1猎取电子，并能掌握电子释放。
当g1带上电子后，管子的开启电压将上升；电子释放后，开启电压恢复正常。
栅极g1猎取电子的方法是：在漏源极间加上肯定的编程电压VPP(该电压由制造时工艺打算)，同时在掌握栅极g2加上掌握脉冲，此时在栅极下面的两个N+区间感应出电子，其中一些能量大的电子就会穿越SiO2层而达到栅极g1，g1积累了肯定的电子后，它的开启电压将上升。
存储器是计算机的主要组成部件
存储器是计算机的主要组成部件，它主要是用来存储信息的。
存储器的类型有很多，按存储介质分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。
半导体存储器芯片内包含大量的存储单元，每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，并能存储一位二进制信息。
本章只讨论半导体存储器。
一、存储器的分类：1.按工作方式不同：分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
2.按制造工艺不同：RAM、ROM又可分为双极型半导体存储器和单极型MOS存储器。
MOS型RAM又可分为静态RAM和动态RAM两种。
RAM中任何存储单元的内容均能被随机存取。
它的特点是存取速度快，一般用作计算机的主存。
ROM中的内容是在专门的条件下写入的，信息一旦写入就不能或不易修改。
根据信息的写入方式不同，ROM可以分为掩膜ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（E2PROM）四种。
在正常工作时，信息只能读出不能写入，通常用于存放固定信息。
掩膜ROM中的内容是在出厂前已写好的,用户不能改写；PROM可由用户以专用设备将信息写入一次，写后不能改变；EPROM可由用户以专用设备将信息写入，然后用紫外线照射擦除信息；E2PROM采用电气方法擦除信息。
半导体存储器的分类情况如图5-1所示。
二、随机存取存储器(RAM)RAM既可向指定单元写入信息又可从指定单元读出信息,且读写时间与信息所处位置无关。
RAM根据制造工艺的不同可分为双极型RAM和MOS型RAM，双极型RAM较MOS型RAM来说，速度高、功耗大、集成度低。
在断电后，RAM中信息将消失。
1.随机存取存储器（RAM）的结构RAM的一般结构形式包括存储矩阵、地址译码器和读写控制器三部分，并通过数据输入/输出线，地址输入线片选控制线和读写控制线与外界发生联系。
如图5-2所示：解释：存储矩阵由若干存储单元组成，一个存储单元称为存储器的一个字，它所含有的基本存储电路（二进制数）的个数称存储器的字长。
半导体存储器原理
半导体存储器原理半导体存储器是计算机系统中至关重要的组成部分，它用于数据的存储和读取。
在本文中，我们将讨论半导体存储器的原理和工作机制。
一、概述半导体存储器是由多个存储单元组成的，每个存储单元可以存储一个或多个二进制位的数据。
根据存取方式的不同，半导体存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
二、随机存取存储器（RAM）1. SRAM（静态随机存取存储器）SRAM使用触发器作为存储单元，每个存储单元由多个晶体管构成。
SRAM具有高速读写的特点，但需要更多的晶体管，因此在成本上较高。
2. DRAM（动态随机存取存储器）DRAM使用电容器作为存储单元，每个存储单元由一个电容器和一个晶体管构成。
由于电容器会自然漏电，因此DRAM需要定期刷新操作来重新存储数据。
尽管DRAM读写速度较慢并需要刷新操作，但其成本较低。
三、只读存储器（ROM）只读存储器是一种无法修改存储内容的存储器。
常见的ROM类型有：1. PROM（可编程只读存储器）：可以被编程一次，之后无法改变。
2. EPROM（可擦写可编程只读存储器）：可以被擦除和重新编程。
3. EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可以通过电信号进行擦除和重新编程。
四、工作原理半导体存储器的工作原理基于半导体器件的特性。
以SRAM为例，当输入一个写入信号时，存储单元的触发器会将数据保存在其中。
当输入一个读取信号时，存储单元的数据将被传输到输出线上。
对于DRAM，输入的写入信号会改变电容器的电荷状态来保存数据。
读取信号会读取电容器的电荷状态，并将其转换为电压信号，随后输出。
只读存储器在制造过程中被编程或擦除，因此存储内容无法再次修改。
五、总结半导体存储器是现代计算机系统中重要的组成部分。
它具有高速读写、可擦写的特性，因此在数据存储和读取方面具有广泛应用。
无论是RAM还是ROM，每种存储器都有其各自的特点和应用场景。
通过了解半导体存储器的原理和工作机制，我们能够更好地理解计算机系统中数据的存储过程。
半导体存储器技术
半导体存储器技术
半导体存储器技术是一种关键的电子技术，用于在计算机和其他电子设备中存储和检索数据。
计算机的速度和性能取决于存储器技术的质量和速度。
半导体存储器技术有两种类型：随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种易失性存储器，它可以随时读取和写入数据。
而ROM是一种非易失性存储器，只能读取其中保存的数据。
RAM有几种不同类型，包括动态随机访问存储器（DRAM）和静态随机访问存储器（SRAM）。
DRAM是一种常用的RAM，它需要不断刷新以保持数据的完整性。
SRAM则不需要刷新，但更昂贵。
ROM也有几种类型，包括EPROM，EEPROM和闪存。
EPROM需要特殊的擦除器擦除数据，而EEPROM可以通过电子方式擦除。
闪存是一种电源断电后数据仍然保留的非易失性存储器，它广泛用于可擦写的存储介质，如U盘和固态硬盘。
半导体存储器技术的发展已经极大地改善了计算机的性能和可靠性。
它将继续发展，以应对不断变化的计算机需求。
- 1 -。
只读存储器
数字电路与逻辑设计授课教师：陈东电路与电子技术基础教学部本次授课内容 —— 只读存储器（ROM）ROM的基本知识ROM的存储器结构ROM用于组合电路设计ROM的基本知识只读存储器（Read only memory, ROM），是半导体存储器的一种，同时也是非易失性存储器的一种，数据的存取方式类似于RAM，但是存入的数据可以长期保持，存储器断电数据不 会丢失。
只读存储器的特点是：读写速度慢且读比写快、数据不易丢失、只能读出不能写入（可编程ROM除外）、擦写次数有限。
只读存储器分为：固定ROM(掩膜ROM)、可编程ROM(PROM)、 可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(E2PROM)。
ROM的结构ROM主要由三部分组成：地址译码器、存储矩阵、输出缓冲器。
输出缓冲器增强输出信号，实现输出的三态控制以二极管固定ROM为例：1111地址译码器和存储矩阵的阵列图:其它种类的ROM，如可编程ROM(PROM)、可擦除可编程 ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(E2PROM)等与固定 ROM的结构类似，都是由地址译码器、存储矩阵、输出电 路组成，主要区别在于构成存储矩阵的单元不同。
PROM的存储单元E2PROM的存储单元EPROM的存储单元熔丝 叠层栅注入MOS管 浮栅隧道氧化层MOS管ROM用于组合电路设计ROM器件除了可以作为存储器外，还可以用来实现各种组合逻辑函数。
在ROM器件的组成结构中，地址译码器是与阵列、存储矩阵是或阵列、ROM有多个数据输出端，因此可以用来实现任何组合逻辑函数。
ROM设计组合电路的实例设计题目用ROM设计一个组合电路，用来产生一组逻辑函数：设计过程：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=+++=+++=D B BD Y D C B BD A Y D C AB D C B A BCD A D C B A Y ABCD D C B A D C B A D C B A Y 4321 将各组逻辑函数化为最小项表达式，再作图。
第一节 半导体只读存储器(ROM)
教案
ROM的组成由二极管为存储元件的四位固定只读存储器。
图8-1-1 二极管ROM
2.工作原理
二极管ROM的存储内容如下表所示。
8.1.2可编程只读存储器
可编程只读存储器PROM的结构与ROM相同，它在出厂时，存储单元的内容全是1或者全是0，使用时，用户可以按需要，将某些单元改写称为0或1，但是只能改写一次。
图8-1-2 PROM存储
8.1.3可改写只读存储器（EPROM）
PROM的内容一经写入就不可以更改，但EPROM就不同了。
它写入的内容能够擦去和重新写入。
学生认真听讲
学生思考并认真听讲。
学生认真听讲，不懂的可以提问。
EPROM改写的方式有两种：一种是紫外线照射，擦除所存储的内容，然后改写；另一种是用电学方法，将存储的内容逐字擦去，再逐字改写。
8.1.4只读存储器的应用
例1 用ROM实现1位二进制全加器。
由真值表可得
则Sn=W1+W2+W4+W7
Cn=W3+W5+W6+W7
根据上式，可以画出实现全加器的ROM的与-或阵列如图8-1-3所示。
这可以用PROM来实现。
图8-1-3 学生认真听讲。
数字电路第八章半导体存储器学习教案
第十八页，共36页。
256×4RAM存储(cún chǔ)矩阵
A5
A6
A7
列地址译码器
A0 行地址 (dìzhǐ)译 码器
A1 A2
A3
A4
★每个由X，Y共同选中的单元中实际(shíjì)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),
第15页/共36页
第十六页，共36页。
行
地
A0
址
译
码
器
…..
存储矩阵 Ai
地址输入
列地址译码器
…… Ai+ 1
An-1
读 写 控 制 电 路
I/O
Hale Waihona Puke 数据输入/输出CS R/W
控制输入
CS=0，工作 CS=1，高阻
R/W=1，读出 R/W=0，写入
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(diànlù)。分行列译码，用两条线来共同选择 存储单元。
第1页/共36页
第二页，共36页。
半导体存储器
——存放(cúnfàng)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 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(zhèngcháng)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。）
输出(shūchū)方式
字输出：D3D2D1D0随着地址的不同有不同的数据。
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。
只读存储器
工作过程
ROM的工作过程右图给出ROM的工作过程，CPU经地址总线送来要访问的存储单元地址，地址译码器根据 输入地址码选择某条字线，然后由它驱动该字线的各位线，读出该字的各存储位元所存储的二进制代码，送入读 出线输出，再经数据线特点是只能读出而不能写入信息，通常在电脑主板的ROM里面固化一个基本输入/输出系统， 称为BIOS（基本输入输出系统）。其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基 本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。
MROM的主要优点是存储内容固定，掉电后信息仍然存在,可靠性高。缺点是信息一次写入（制造）后就不能 修改，很不灵活且生产周期长，用户与生产厂家之间的依赖性大。
PROM可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）允许用户通过专用的设备（编程器）一次性写 入自己所需要的信息，其一般可编程一次，PROM存储器出厂时各个存储单元皆为1，或皆为0。用户使用时，再 使用编程的方法使PROM存储所需要的数据。
快闪存储器快擦除读写存储器( Flash Memory)是英特尔公司90年代中期发明的一种高密度、非易失性的读/ 写半导体存储器它既有EEPROM的特点，又有RAM的特点，是一种全新的存储结构，俗称快闪存储器。它在20 世纪80年代中后期首次推出，快闪存储器的价格和功能介于 EPROM和EEPROM之间。与 EEPROM一样，快闪 存储器使用电可擦技术，整个快闪存储器可以在一秒钟至几秒内被擦除，速度比 EPROM快得多。另外，它能擦 除存储器中的某些块，而不是整块芯片。然而快闪存储器不提供字节级的擦除，与 EPROM一样，快闪存储器每 位只使用一个晶体管，因此能获得与 EPROM一样的高密度(与 EEPROM相比较)。“闪存”芯片采用单一电源 （3V或者5V）供电，擦除和编程所需的特殊电压由芯片内部产生，因此可以在线系统擦除与编程。“闪存”也是 典型的非易失性存储器，在正常使用情况下，其浮置栅中所存电子可保存100年而不丢失。
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第八章半导体存储器教学目的：1.只读存储器(ROM)电路结构及特点。
2.随机存取存储器(RAM)的电路结构及特点。
1．了解存储器容量的扩展方法2．掌握用存储器实现组合逻辑函数的方法3.多片RAM的字和位同时扩展。
4.ROM和RAM集成芯片的功能。
教学重点：1．存储器的种类和各自的特点2. ROM电路的组成和工作原理3.RAM电路的组成、工作原理和主要控制端的功能用存储器设计组合逻辑电路的原理和方法教学难点: ROM存储单元读写方法稍显繁琐RAM电路的工作原理和主要控制端的功能有一些难度用存储器实现组合逻辑函数教学方法：理论教学启发式教学教学学时：6学时第一节概述一、存储器的基本概念存储器是能够存储大量二进制信息的半导体器件，如可以存放各种程序、数据和资料等。
存储器是数字系统和计算机中不可缺少的组成部分，半导体存储器因具有容量大、体积小、功耗低、存取速度快、使用寿命长等特点，在数字系统中应用很广泛。
二、存储器的分类半导体存储器的种类很多，按照存取功能的不同，存储器分为只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Read Access Memory，简称RAM）和可编程逻辑阵列（PLD）三大类；按照制造工艺分类，存储器可以分为双极型和MOS型两种；按照应用类型分为通用型和专用型两种。
MOS型存储器以功耗低及集成度高等优势在大容量存储器中应用广泛。
第二节只读存储器只读存储器ROM是一种存储固定信息的存储器。
其特点是在正常工作状态下只能读取数据，不能即时修改或重新写入数据。
只读存储器电路结构简单且存放的数据在断电后不会丢失，特别适用于存储永久性的、不变的程序码数据，如常数表、函数、表格和字符等，计算机中的自检程序就是固化在ROM中的。
只读存储器有掩膜ROM、可编程ROM、可改写ROM等几种不同类型。
一、固定ROM结构及基本原理1．电路结构图8.1为典型ROM 的原理结构框图。
它主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路等几部分组成。
图8.1 ROM 原理结构框图地址译码器将输入的地址代码译成相应的单元地址控制信号，利用这个信号从存储矩阵中选出指定的存储单元，把此单元的数据送给输出电路。
存储矩阵由大量能固定存放一位二进制信息的存储单元组成，每个存储单元都有固定的地址。
输出电路一般用三态门作缓冲级，提高带负载能力，EN 是输出电路的使能端，用于实现输出的三态控制，便于和系统总线连接。
掩膜只读存储器，又称固定ROM ，这种ROM 在制造时，生产厂家利用掩膜技术把信息写入存储器中，使用时用户无法更改。
掩膜只读存储器可分为二极管ROM 、双极型三极管ROM 和MOS 管ROM 三种类型。
下面主要以二极管掩膜ROM 为例介绍ROM 的结构和工作原理。
2．只读存储器的工作原理ROM 是一种编码器，有N 个输入端（字线），M 个输出端（位线），其输入地址码和输出数据间的关系是固定不变的，给一个地址码就输出一个相应的数据。
下图8.2(a)是4×4的二极管掩膜ROM 的结构图，它由2线－4线地址译码器、4×4的二极管存储矩阵和输出电路三部分组成。
地址译码器采用单译码方式，其输出为4条字选择线W 0～W 3，当输入一组地址，相应的一条字线输出高电平。
存储矩阵由二极管或门组成，有16个存储单元，输出为D 3～D 0，称为位线，在D 3～D 0位线上输出的每组4位二进制代码称作一个字。
每个十字交叉点代表一个存储单元，交叉处有二极管的单元，表示存储数据为“1”，无二极管的单元表示存储数据为“0”。
输出电路由4个驱动器组成，四条位线经驱动器由D 3～D 0输出。
A n-1A 0ROM 的读数过程是据地址码读出指定单元中的数据。
例如，当输入地址码A 1A 0=01时，字线W 1=1，其余字选择线为0，W 1字线上的高电平通过接有二极管的位线使D 1、D 2为1，其他位线与W 1字线相交处没有二极管，为低电平，是0。
所以输出D 3D 2D 1D 0=0110，根据图8.2的二极管存储矩阵，可列出全部地址所对应存储单元内容的真值表，如表8.1所示。
上述这种ROM 的存储矩阵可采用如图8.2(b)所示的简化阵列图表示。
字线和位线交叉处有二极管的画实心点，表示存储数据“1”，无二极管的交叉点不画点，表示存储数据“0”。
交叉点的数目对应能够存储的单元数，表示每个存储器的存储容量，记为字线×位线＝容量，如8K ×8=64KB 。
图8.2中字线和位线均为4，故其容量为4×4＝16。
显然，ROM 并不能记忆前一时刻的输入信息，因此只是用门电路来实现组合逻辑关系。
实际上，图8.2(a)的存储矩阵和电阻R 组成了4个二极管或门，以D 0为例，二极管或门电路如图8.2(c)所示，D 0=W 0+W 2+W 3 。
二、可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory ，简称PROM ）：可编程只读存储器是可由用户直接向芯片写入信息的存储器，PROM 是在固定ROM 的基础上发展而来的。
但PROM 的缺点是只能写入一次数据，且一经写入就不能再更改了。
可编程PROM 封装出厂前，存储单元中的内容全为“1”，用户可根据需要进行一次性编W 0W 1W 2W 3W 0 W 1 W 2 W 33 2 1 0A A 1W 1W 2W 3输出电路（a ）二极管ROM 结构 （b ）存储矩阵简化阵列图 （c ）二极管或门电路图8.2 4×4 二极管掩膜ROM程处理，将某些单元的内容改为“0”。
图8.3所示是PROM 的一种存储单元, 它由三极管和低熔点的快速熔丝组成，所有字线和位线的交叉点都接有一个这样的熔丝开关电路。
存储矩阵中的所有存储单元都具有这种结构。
出厂时，所有存储单元的熔丝都是连通的，相当于所有的存储内容全为“1”。
编程时若想使某单元的存储内容为“0”， 只需选中该单元后，再在E C 端加上电脉冲，使熔丝通过足够大的电流，把熔丝烧断即可。
但是，熔丝一旦烧断将不可恢复，也就是一旦写成“0”后就无法再重写成“1”了，即这种可编程存储器只能进行一次编程。
可改写的ROM （EPROM 、E 2PROM 、Flash Memory ）：这类ROM 由用户写入数据（程序），当需要变动时还可以修改，使用起来很方便。
可改写ROM 有紫外线可擦除EPROM 、电擦除E 2PROM 和快闪存储器三种类型。
三、只读存储器的应用 1．集成EPROM集成电路中有多种类型的ROM 。
图 8.3 一种PROM 存储单元 2716（2K ×8位）、2764（8K ×8位）、2732（32K ×8位）、……、27512（64K ×8位）等EPROM 集成芯片，除存储容量和编程电压等参数不同外，其它参数基本相同。
常用的EPROM 芯片主要技术特性如表8.2所示。
表8.2 常用的EPROM 芯片主要技术特性＊：EPROM 的读出时间视型号而定，一般在100～300ns ，表中列出的为典型值。
CMOS EPROM 的读出时间快、耗电少，例如，27C256的读出时间仅为120ns 、最大工作电流30mA 、最大维持电流为100μA 。
表8.3是常用EPROM 芯片的操作方式。
表 8.3 EPROM 2716的操作方式Y i下面简要介绍常用的可编程EPROM2764集成电路。
2764是一个28脚双列直插封装的紫外线可擦除可编程ROM 集成电路。
2764共有213个字，存储容量为8K ×8位。
其引脚图如图8.4所示。
各管脚功能如下：A 0～A 12：13根地址线； D 0～D 7 ：8根三态数据总线；CE ：片选信号输入线，低电平有效； OE ：读选通信号输入线，低电平有效； PGM ：编程脉冲输入线；V PP ：编程电源输入线；V CC ：主电源输入线，一般为+5V ；GND ：线路地。
图8.4 2764引脚图 2764有5种操作方式，如表8.4所示。
表 8.4 EPROM2764的操作方式 存储器可以用来存放二进制信息，也可以实现代码的转换、函数运算、时序控制以及实现各种波形的信号发生器等。
下面我们做简单介绍。
ROM 可以用来实现各种组合逻辑函数。
因为ROM 的地址译码器是一个与阵列，存储矩阵是可编程或阵列，所以很方便用来实现与—或形式的逻辑函数。
具体实现方法是：如图8.5所示，把ROM 中的n 位地址端作为逻辑函数的输入变量，则ROM 的n 位地址译码器的输出，是由输入变量组成的2n个最小项,即实现了逻辑变量的“与”运算；ROM 中的存储矩阵是把有关的最小项相或后输出，实现了最小项的或运算，即形成了各个逻辑函数；与阵列中的垂直线代表与逻辑，交叉圆点代表与逻辑的输入变量；或阵列中的水平线代表或逻辑，交叉圆点代表字线输入。
例8.1用ROM 实现下列逻辑函数C C B A Y C A C B Y AB B A Y +=+=+=321解：利用A A +＝1将上述函数式化为标准与－或式：()()()∑∑∑=+==+==+=7,5,3,2,14,3,1,07,6,1,0321C C B A Y C A C B Y AB B A Y由上述标准式可知：函数Y 1有四个存储单元应为“1”，函数Y 2也有四个存储单元应为“1”，函数Y 3有五个存储单元应为“1”，实现这三个函数的逻辑图可表示为图8.5。
例8.2 用PROM 组成一个码制变换器，把8421BCD 码转换成格雷码，如表8.5所示。
解：把表中的B 3、B 2、B 1、B 0定义为地址输入量，格雷码G 3、G 2、G 1、G 0定义为输出量，存储矩阵的内容由具体的格雷码决定，则该PROM 的容量为4×4。
按表8.5给定的输出值对存储矩阵进行编程，烧断与“0”对应的单元中的熔丝。
例如B 3B 2B 1B 0=0010时，字线W 2为高电平，输出为G 3G 2G 1G 0=0011，故应保留W 2和G 1G 0交叉点上的熔丝“×”，烧断W 2和G 3G 2交叉点上的熔丝。
据此方法可将表8.5用图8.6所示的PROM 编程图来表示。
表8.5 8421BCD 码转换成格雷码图8.5 例题8.1的逻辑图图 8.6 ROM实现码制转换从上述例子看出，用PROM能够实现任何与或标准式的组合逻辑函数。
实现方法非常简单，只要将该函数的真值表列出，使其有关的最小项相或，即可直接画出存储矩阵的编程图。
第三节随机存取存储器（RAM）随机存取存储器也称随机读/写存储器，可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入（写）或取出（读）的信息操作，因此称为随机存取存储器。