数字电路第7章半导体存储器资料
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数字电子技术第7章 半导体存储器
UCC
字字
Wi
熔熔
位字
Di
15
7.2.3 可擦可编程只读存储器 1. EPROM
最早出现的是用紫外线照射擦除的EPROM（又称UVEPROM） （又称 最早出现的是用紫外线照射擦除的 ） 总体结构与PROM一样，不同之处在于存储单元， 一样，不同之处在于存储单元， 总体结构与 一样 存储单元 即字线与位线上接的器件是叠栅MOS管(SIMOS) 即字线与位线上接的器件是叠栅 管
20
Flotox管的结构和符号 管的结构和符号 + +
S GC D
S
Gf
Gc
D
SiO2 D
N＋ P
N＋
Gc Gf S
N P
N
隧隧隧
浮栅和漏区之间的氧化层非常薄，称为隧道区。 浮栅和漏区之间的氧化层非常薄，称为隧道区。
工作原理： 工作原理：
之间加高压时(可正可负 被击穿， 当GC与D之间加高压时 可正可负 ，薄氧化层被击穿，形成导 之间加高压时 可正可负)，薄氧化层被击穿 电隧道，漏区电子可以到达浮栅 间加正电压)， 电隧道，漏区电子可以到达浮栅(GCD间加正电压 ，浮栅电子 间加正电压 也可以到达漏区(G 间负电压 间负电压)， 也可以到达漏区 CD间负电压 ，因此写入和擦除都可以通过 电信号来实现。 电信号来实现。
23
ROM的应用 的应用 1）用于存储固定的专用程序 ） 2）利用ROM可实现查表等功能 ）利用 可实现查表等功能 查表功能 － 如查某个角度的三角函数 查表功能 先把变量值作为地址码， 先把变量值作为地址码，其对应的函数 值作为存放在该地址内的数据存储在 ROM 内，这称为 “造表”。使用时，根 造表” 使用时， 据输入的地址(角度 角度)， 据输入的地址 角度 ，就可在输出端得到 所需的函数值，这就称为“查表” 所需的函数值，这就称为“查表”。
字字
Wi
熔熔
位字
Di
15
7.2.3 可擦可编程只读存储器 1. EPROM
最早出现的是用紫外线照射擦除的EPROM（又称UVEPROM） （又称 最早出现的是用紫外线照射擦除的 ） 总体结构与PROM一样，不同之处在于存储单元， 一样，不同之处在于存储单元， 总体结构与 一样 存储单元 即字线与位线上接的器件是叠栅MOS管(SIMOS) 即字线与位线上接的器件是叠栅 管
20
Flotox管的结构和符号 管的结构和符号 + +
S GC D
S
Gf
Gc
D
SiO2 D
N＋ P
N＋
Gc Gf S
N P
N
隧隧隧
浮栅和漏区之间的氧化层非常薄，称为隧道区。 浮栅和漏区之间的氧化层非常薄，称为隧道区。
工作原理： 工作原理：
之间加高压时(可正可负 被击穿， 当GC与D之间加高压时 可正可负 ，薄氧化层被击穿，形成导 之间加高压时 可正可负)，薄氧化层被击穿 电隧道，漏区电子可以到达浮栅 间加正电压)， 电隧道，漏区电子可以到达浮栅(GCD间加正电压 ，浮栅电子 间加正电压 也可以到达漏区(G 间负电压 间负电压)， 也可以到达漏区 CD间负电压 ，因此写入和擦除都可以通过 电信号来实现。 电信号来实现。
23
ROM的应用 的应用 1）用于存储固定的专用程序 ） 2）利用ROM可实现查表等功能 ）利用 可实现查表等功能 查表功能 － 如查某个角度的三角函数 查表功能 先把变量值作为地址码， 先把变量值作为地址码，其对应的函数 值作为存放在该地址内的数据存储在 ROM 内，这称为 “造表”。使用时，根 造表” 使用时， 据输入的地址(角度 角度)， 据输入的地址 角度 ，就可在输出端得到 所需的函数值，这就称为“查表” 所需的函数值，这就称为“查表”。
数字电子技术基础-第7章-半导体存储器PPT课件
（二）具有两个地址译码器的ROM 的一般结构
二、ROM的基本耦合单元
（一）掩模ROM（MROM）的基本耦合 单元
1. MOS管构成的基本耦合单元
2. 双极型三极管构成的基本耦合单元
（二）一次可编程ROM（OTPROM）的 基本耦合单元
1． 熔丝型的OTPROM的基本耦合单元
2． 结破坏型的OTPROM的基本耦合单元
第七章 半导体存储器
7-1 7-2 7-3 7-4 7-7
作业
第一节 存储器的基本概念和分类 第二节 半导体存储器
第三节 只读存储器（ROM）
第一节 存储器的基本概念和分类
一、存储器的基本概念 二、存储器的分类
第二节 半导体存储器
一、半导体存储器的分类 （一）从制造工艺的角度分类 （二）从工作方式的角度分类 二、半导体存储器的三个主要技术指标
X ( A, B,C, D) m（2，3，4，5，8，9，15） Y ( A, B,C, D) m（6，7，10，11，14，15） M ( A, B,C, D) m（0，3，6，9，12） N ( A, B,C, D) m（7，11，13，14，15）
Q( A, B,C, D) m (0,1,2,3)
CS
O7
OE U2
（二）扩展字数
第四节 随机存取存储器（RAM）
一、RAM的基本结构
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
第三节 只读存储器（ROM）
数电7半导体存储器
特点
高集成度、高速读写、低功耗、 非易失性等。
半导体存储器的分类
按存储方式分
按容量分
分为随机存储器（RAM）和只读存储 器（ROM）。RAM可随时读写， ROM只能读不能写。
分为小容量、中容量和大容量存储器。 小容量一般为1K位，中容量为4K位， 大容量为16K位以上。
按存储介质分
分为双极型存储器（TTL）和CMOS 存储器。TTL存储器速度快，但功耗 大；CMOS存储器速度慢，但功耗小。
1970年
出现了只读存储器（ROM），其容量为 256K位，速度为500字/秒。
1967年
出现了集成度更高的半导体动态随 机存储器（DRAM），其容量为 64K位，速度为500字/秒。
A
B
C
D
1984年
出现了快闪存储器（Flash Memory）， 其容量为1M位，速度为200字/秒。
1975年
出现了可擦写可编程只读存储器 （EEPROM），其容量为256K位，速度 为500字/秒。
Байду номын сангаас
闪存技术
闪存是一种非易失性存储器，能 够在断电状态下保存数据。它具 有快速读写速度、低功耗和耐冲 击等优点，广泛应用于移动设备
和嵌入式系统。
相变存储器
相变存储器利用特殊材料在加热 后发生相变来存储数据。它具有 读写速度快、寿命长和可靠性高 等优点，被认为是下一代存储器
的重要候选者。
磁性随机存储器
磁性随机存储器利用磁性材料的 磁化方向来存储数据。它具有高 速读写、低功耗和长寿命等优点， 适用于需要频繁读写和高可靠性
半导体存储器的发展历程
01
02
03
1946年
美国科学家发明了第一台 电子计算机ENIAC，采用 真空管作为逻辑元件，使 用汞延迟线作为存储器。
高集成度、高速读写、低功耗、 非易失性等。
半导体存储器的分类
按存储方式分
按容量分
分为随机存储器（RAM）和只读存储 器（ROM）。RAM可随时读写， ROM只能读不能写。
分为小容量、中容量和大容量存储器。 小容量一般为1K位，中容量为4K位， 大容量为16K位以上。
按存储介质分
分为双极型存储器（TTL）和CMOS 存储器。TTL存储器速度快，但功耗 大；CMOS存储器速度慢，但功耗小。
1970年
出现了只读存储器（ROM），其容量为 256K位，速度为500字/秒。
1967年
出现了集成度更高的半导体动态随 机存储器（DRAM），其容量为 64K位，速度为500字/秒。
A
B
C
D
1984年
出现了快闪存储器（Flash Memory）， 其容量为1M位，速度为200字/秒。
1975年
出现了可擦写可编程只读存储器 （EEPROM），其容量为256K位，速度 为500字/秒。
Байду номын сангаас
闪存技术
闪存是一种非易失性存储器，能 够在断电状态下保存数据。它具 有快速读写速度、低功耗和耐冲 击等优点，广泛应用于移动设备
和嵌入式系统。
相变存储器
相变存储器利用特殊材料在加热 后发生相变来存储数据。它具有 读写速度快、寿命长和可靠性高 等优点，被认为是下一代存储器
的重要候选者。
磁性随机存储器
磁性随机存储器利用磁性材料的 磁化方向来存储数据。它具有高 速读写、低功耗和长寿命等优点， 适用于需要频繁读写和高可靠性
半导体存储器的发展历程
01
02
03
1946年
美国科学家发明了第一台 电子计算机ENIAC，采用 真空管作为逻辑元件，使 用汞延迟线作为存储器。
数电第7章 半导体存储器
址 址 译 输 译 码 入 码 器 Am 器 控制信 号输入
1
存 矩阵 储 矩 阵 输出控 制电路
列地址译码器 数据输入/输出 数据输入 输出 半导体存储器的基本结构 Am+1 An-1
3、输出控制电路 、 用于对电路的工作状态进行控制。 用于对电路的工作状态进行控制。 为实现与系统的总线连接，输出电路都采用三态输出结构。 为实现与系统的总线连接，输出电路都采用三态输出结构。 控制信号一般包括片选信号和读/写控制信号： 控制信号一般包括片选信号和读 写控制信号： 写控制信号 片选信号有效，芯片被选中，可进行读/写操作 写操作。 片选信号有效，芯片被选中，可进行读 写操作。 写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作。 读/写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作。 写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作 存储矩阵与输出电路的连线称 为位线。 存储器数据线的数目等于存储 器的字长。 器的字长。 4096×8位存储器的数据线数为： 8 × 位存储器的数据线数为 位存储器的数据线数为：
控制信 号输入 输出控 制电路
数据输入/输出 数据输入 输出 半导体存储器的基本结构
②二维译码方式 在大容量的存储器中，通常采用二维译码 双译码）结构， 二维译码（ 在大容量的存储器中，通常采用二维译码（双译码）结构， 把输入地址分为行地址和列地址两组， 即：把输入地址分为行地址和列地址两组， 分别由行、列地址译码器译码。 分别由行、列地址译码器译码。 列地址译码器的输出作为存储矩阵的行、 行、列地址译码器的输出作为存储矩阵的行、列地址 选择线，由他们共同确定欲选择的字单元。 选择线，由他们共同确定欲选择的字单元。 采用双译码结构的优点是： 采用双译码结构的优点是： 行 地 （1）可以大大减少译码输出线的条数。 A0地 地 址 ）可以大大减少译码输出线的条数。 A 存储 例如：存储器容量为1k×4位 例如：存储器容量为1k×4位 × 所需的地址线数是： 所需的地址线数是：10 单译码的译码输出线有： 单译码的译码输出线有：210 双译码的译码输出线有： × 双译码的译码输出线有：2×25 （2）使译码电路的规模小、结构简单。 ）使译码电路的规模小、结构简单。
1
存 矩阵 储 矩 阵 输出控 制电路
列地址译码器 数据输入/输出 数据输入 输出 半导体存储器的基本结构 Am+1 An-1
3、输出控制电路 、 用于对电路的工作状态进行控制。 用于对电路的工作状态进行控制。 为实现与系统的总线连接，输出电路都采用三态输出结构。 为实现与系统的总线连接，输出电路都采用三态输出结构。 控制信号一般包括片选信号和读/写控制信号： 控制信号一般包括片选信号和读 写控制信号： 写控制信号 片选信号有效，芯片被选中，可进行读/写操作 写操作。 片选信号有效，芯片被选中，可进行读 写操作。 写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作。 读/写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作。 写控制信号决定芯片是进行读操作还是写操作 存储矩阵与输出电路的连线称 为位线。 存储器数据线的数目等于存储 器的字长。 器的字长。 4096×8位存储器的数据线数为： 8 × 位存储器的数据线数为 位存储器的数据线数为：
控制信 号输入 输出控 制电路
数据输入/输出 数据输入 输出 半导体存储器的基本结构
②二维译码方式 在大容量的存储器中，通常采用二维译码 双译码）结构， 二维译码（ 在大容量的存储器中，通常采用二维译码（双译码）结构， 把输入地址分为行地址和列地址两组， 即：把输入地址分为行地址和列地址两组， 分别由行、列地址译码器译码。 分别由行、列地址译码器译码。 列地址译码器的输出作为存储矩阵的行、 行、列地址译码器的输出作为存储矩阵的行、列地址 选择线，由他们共同确定欲选择的字单元。 选择线，由他们共同确定欲选择的字单元。 采用双译码结构的优点是： 采用双译码结构的优点是： 行 地 （1）可以大大减少译码输出线的条数。 A0地 地 址 ）可以大大减少译码输出线的条数。 A 存储 例如：存储器容量为1k×4位 例如：存储器容量为1k×4位 × 所需的地址线数是： 所需的地址线数是：10 单译码的译码输出线有： 单译码的译码输出线有：210 双译码的译码输出线有： × 双译码的译码输出线有：2×25 （2）使译码电路的规模小、结构简单。 ）使译码电路的规模小、结构简单。
数字电子技术—08第七章半导体存储器
7.4.2 字扩展方式 例：用256字×8位RAM芯片组成1024字×8位存储器。
需要片数N=4
目标存储器容量 N=
已有存储芯片容量
各片地址分配情况：
000H 100H 200H 300H
0FFH 1FFH 2FFH 3FFH
当要求字和位同时扩展时，先字扩展或先为扩展都可 以，最终结果都是一样的。
存储单元相对于EEPROM，只需要一个MOS管，结构简单，集 成度高，成本低。因为MOS管的源极是连在一起的，所以擦除时 按固定大小的存储容量(典型为128-512kbits) 整体擦除，所以叫 Flash Memory，用来形容擦除速度快。
和E2PROM相比，需要电压明显减小，这源于更薄的SiO2绝缘层。 Flash ROM具有在系统可编程(ISP, In-System Programmability) 的能力。在许多场合，Flash ROM也被直接称为E2PROM.
第七章 半导体存储器
7.1 概述 半导体存储器是固态存储器SSD (Solid State Drives) ，具有存储 密度高，体积小，容量大，读写速度快，功耗低等优点!
光盘
硬磁盘
固盘
分类：
非挥发存储器（Non-Volatile Memory--NVM）
掩模ROM
可编程ROM (PROM--Programmable ROM)
NAND Flash 存储矩阵
X
8192M+256M Bit
列 (2k+64) Byte/Page×128 Page/Block×4096 Blocks
地
址 译
码 器
寄存器
Y 控制逻辑
I/O0
I/O1
I/O2
数字电路第7章半导体存储器
数字电路第7章 半导体存储器
• 半导体存储器概述 • 随机存取存储器（RAM） • 只读存储器（ROM） • 闪存（Flash Memory） • 存储器的性能指标与比较
01
半导体存储器概述
定义与分类
定义
半导体存储器是一种利用半导体技术制作的 存储数据的电子设备。
分类
半导体存储器主要分为随机存取存储器 （RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
地址解码器用于将输入的地址信号解码 为对应的存储单元的地址。
闪存的工作原理
闪存的存储单元由一个浮栅场效应管构成，该场效应管的浮栅上存储电荷，通过电荷的 多少表示数据的0和1。
当对存储单元进行读取时，根据存储单元的阈值电压判断其存储的数据是0还是1。
当对存储单元进行写入或擦除时，通过改变浮栅上的电荷数量来实现。写入操作通常是 通过将电荷注入浮栅来实现，擦除操作通常是通过将浮栅上的电荷消除来实现。
一种常用的主存储器，以电容存储数据，需要定时刷新。
功耗与可靠性
功耗
可靠性
表示存储器的耗电量，分为动态功耗和静 态功耗。
表示存储器的稳定性和寿命，通常用平均故 障间隔时间（MTBF）来衡量。
闪存（Flash Memory）
只读存储器（ROM）
一种非易失性存储器，能够在断电情况下 保持数据，常用于U盘、固态硬盘等。
工业控制
用于工业控制系统中，如PLC、DCS等，用于存 储控制逻辑和实时数据。
02
随机存取存储器（RAM）
RAM的基本结构
存储单元阵列
由大量存储单元组成，每个单元存储一个二进制数。
地址译码器
用于选择存储单元，通过输入地址信号，选择对应的存储单元。
控制逻辑
• 半导体存储器概述 • 随机存取存储器（RAM） • 只读存储器（ROM） • 闪存（Flash Memory） • 存储器的性能指标与比较
01
半导体存储器概述
定义与分类
定义
半导体存储器是一种利用半导体技术制作的 存储数据的电子设备。
分类
半导体存储器主要分为随机存取存储器 （RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
地址解码器用于将输入的地址信号解码 为对应的存储单元的地址。
闪存的工作原理
闪存的存储单元由一个浮栅场效应管构成，该场效应管的浮栅上存储电荷，通过电荷的 多少表示数据的0和1。
当对存储单元进行读取时，根据存储单元的阈值电压判断其存储的数据是0还是1。
当对存储单元进行写入或擦除时，通过改变浮栅上的电荷数量来实现。写入操作通常是 通过将电荷注入浮栅来实现，擦除操作通常是通过将浮栅上的电荷消除来实现。
一种常用的主存储器，以电容存储数据，需要定时刷新。
功耗与可靠性
功耗
可靠性
表示存储器的耗电量，分为动态功耗和静 态功耗。
表示存储器的稳定性和寿命，通常用平均故 障间隔时间（MTBF）来衡量。
闪存（Flash Memory）
只读存储器（ROM）
一种非易失性存储器，能够在断电情况下 保持数据，常用于U盘、固态硬盘等。
工业控制
用于工业控制系统中，如PLC、DCS等，用于存 储控制逻辑和实时数据。
02
随机存取存储器（RAM）
RAM的基本结构
存储单元阵列
由大量存储单元组成，每个单元存储一个二进制数。
地址译码器
用于选择存储单元，通过输入地址信号，选择对应的存储单元。
控制逻辑
数电第七章_半导体存储器
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
用ROM实现七段数码管的显示译码器 ROM实现七段数码管的显示译码器
内蒙古大学电子工程系
接法：将各片的地址线、读写线、 接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可
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《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
7.4.2 字扩展方式
适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 例：用256 8位 例：用256 x 8位→1024 x 8位 RAM 8位
《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
第七章 半导体存储器
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
7.1 概述
！单元数庞大 能存储大量二值信息的器件 一、一般结构形式 ！输入/输出引脚数目有限
输 入 出 电 路 I/O
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
A 9 ~ A 2 10 , A 9 ~ A 2 11
四片的地址分配就是： 四片的地址分配就是： A 9 ~ A 2 00 , A 9 ~ A 2 01 , 00000000 11111111 00 00
内蒙古大学电子工程系
《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
A2 A3 A9
A1 A0
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• 存储器的容量：“字数 ×位数” 存储器的容量：“ 位数”
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《数字电子技术基础》第五版 数字电子技术基础》
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时
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用ROM实现七段数码管的显示译码器 ROM实现七段数码管的显示译码器
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接法：将各片的地址线、读写线、 接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可
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7.4.2 字扩展方式
适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时 例：用256 8位 例：用256 x 8位→1024 x 8位 RAM 8位
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第七章 半导体存储器
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7.1 概述
！单元数庞大 能存储大量二值信息的器件 一、一般结构形式 ！输入/输出引脚数目有限
输 入 出 电 路 I/O
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A 9 ~ A 2 10 , A 9 ~ A 2 11
四片的地址分配就是： 四片的地址分配就是： A 9 ~ A 2 00 , A 9 ~ A 2 01 , 00000000 11111111 00 00
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A2 A3 A9
A1 A0
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• 存储器的容量：“字数 ×位数” 存储器的容量：“ 位数”
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7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时 适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时
半导体存储器
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM 实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。
7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的 重要组成部分。
半导体存储器分类如下：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）按制造工艺分，有双极型和MOS 型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM ）、随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM ）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM ）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
七章半导体存储器
13
地址总线 13
~ A0 A12
CS OE
~ D15 D 8
8
数据总线
~ D7 D 0
8
A0 8kB×8
. .2764 . . O0 . . ... ... A12
A0 8kB×8
. . 2764 . . O0 . . ... ... A12
CS
O7
13
OE U1
CS
O7
OE U2
（2）字数扩展（地址码扩展）
14
12
13
VDD A8 A9
WE
OE
A10 CS D7 D6 D5 D4
D3
7.2 只读存储器(ROM)
一． ROM的分类
按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：
（1）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。
（2）一次性可编程ROM（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全 为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。
CS O7
OE
13
U2
...
~ 数据总线 D7
D0 8
...
A02764
8
.. O0
. ... ... A12
CS O7
OE U8
本章小节
1．半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件， 它可分为RAM和ROM两大类。
2．RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其存储的数据随电源断 电 而 消 失 ， 因 此 是 一 种 易 失 性 的 读 写 存 储 器 。 它 包 含 有 SRAM 和 DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容 存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持， 而DRAM则必需定期刷新。
数字电路逻辑设计第七章半导体存储器
动态RAM（DRAM）
总结词
DRAM是一种常见的半导体存储器，其特点是集成度高、功耗低，但需要周期性地刷新。
详细描述
DRAM由单个晶体管和电容组成，每个存储单元非常小，因此可以实现高集成度。由于其结构简单， DRAM的制造成本相对较低。但是，由于电容会逐渐放电，因此需要周期性地刷新以保持数据。
只读存储器（ROM）
02
随机存取存储器（RAM）
静态RAM（SRAM）
总结词
SRAM是一种常见的半导体存储器，其特点是速度快、功耗低，但集成度较低。
详细描述
SRAM由交叉反接的晶体管组成，每个存储单元由6个晶体管组成，因此其结构相对 简单。由于其速度快，SRAM通常用于高速缓存（Cache）和中央处理器（CPU） 中的高速缓存。
用于存放固定不变的程序和数据，如BIOS、嵌入式操作 系统等。
随机存取存储器（RAM）
用于存储嵌入式系统运行时的变量、堆栈等，具有读写 功能。
面临的挑战与未来发展方向
集成度提高
新型存储技术
随着工艺尺寸的减小，如何实现更高 的集成度是半导体存储器面临的重要 挑战。
如阻变存储器、相变存储器等新型存 储技术的研究和开发，为半导体存储 器的未来发展提供了新的可能。
05
半导体存储器的应用与 挑战
在计算机系统中的应用
要点一
主存储器
用于存放计算机运行时所需的程序和数据，直接影响到计 算机的运算速度、存取时间和可靠性。
要点二
高速缓冲存储器（Cache）
作为CPU和主存储器之间的缓冲，存放的应用
只读存储器（ROM）
工作原理
RAM
通过在半导体存储单元上施加不同的电压来存储和读取数据 。
模电课件第七章 半导体存储器和可编程逻辑器件
（2）可编程逻辑器件
（Programmable Logic Device，PLD）
可编程逻辑器件是20世纪70年代后期发展起来的一种功能特殊 的大规模集成电路，它是一种可以由用户定义和设置逻辑功能 的器件。 特点：结构灵活、集成度高、处理速度快、可靠性高
（3）微处理器
微处理器主要指通用的微处理机芯片，它的功能由汇编语言 编写的程序来确定，具有一定的灵活性。但该器件很难与其 他类型的器件直接配合，应用时需要用户设计专门的接口电 路。 微处理器是构成计算机的主要部件。目前除用作CPU外，多 用于实时处理系统。
2. PLD器件的连接表示方法 （1）PLD 器件的连接表示法
固定连接
可编程连接
不连接
（2）门电路表示法
1
A
A
A
1
A
A
A
反向缓冲器
A
&
B
F
C
ABC
&
F
与门
A
≥1
B
F
C
ABC
≥1
F
或门
缓（冲d）器
ABC
（3） 阵列图
1
1
1
& D=BC
& E=AABBCC=0 & F=AABBCC=0
& G=1
1）浮栅注入 MOS 管（FAMOS 管） 存储单元采用两只 MOS管 缺点：集成度低、击穿电压高、速度较慢
2）叠层栅注入 MOS 管（SIMOS 管）
层叠栅存储单元
叠层栅MOS管剖面示意图
控制栅 与字线 相连，控制信息的 读出和写入
浮栅 埋在二氧化硅绝缘层， 处于电“悬浮”状态， 不与外部导通，注入电 荷后可长期保存
数字电路第7章半导体存储器-文档资料
K: 输出 控制端
A0
器
A1A0
2019/3/18 CC
-V
阜师院数科院
(8-9)
D3
0
D2
0
D1
1
D0
1
A1
ห้องสมุดไป่ตู้
译 码
A1A0 A1A0 A1A0
假设 ： A1A0 ＝ 00
K: 输出 控制端
A0
器
A1A0
2019/3/18 CC
-V
阜师院数科院
(8-10)
字线
D3
D2
D1
D0
A1
译 A1A0
码 A1A0 器
2019/3/18 阜师院数科院 (8-13)
编程时首先应 输入地址代码，找 出要写入0的单元 地址。然后使VCC 和选中的字线提高 到编程所要求的高 电位，同时在编程 单元的位线上加入 编程脉冲（幅度约 20V，持续时间约 十几微秒）。这时 写入放大器AW的输 出为低电平，低内 阻状态，有较大的 脉冲冲击电流流过 熔丝，将其熔断。
K: 输出 控制端
0
0 0 二极管 或门
(8-6)
A0
器
A1A0
2019/3/18 CC
-V
阜师院数科院
D3
1
D2
0
D1
1
D0
0
K: 输出 控制端
A1
译 码
A1A0 A1A0 A1A0
1
A0
器
A1A0
当某一字线 被选中时， 这个字线与 位线间若接 有二极管， 则该位线输 出为 1 。
2019/3/18 CC
1 1 1 0(8-11)
左图是 使用 MOS 管的ROM 矩阵： 有 MOS 管的 单元存储 无 “1”， MOS 管的 单元存储 “0”。…...
数电教材第7章半导体存储器
存储容量＝字数×位数
D1
D0
如上述ROM的存储量为4×4＝16位 。 图7.2.4 二极管掩模 b. 二极管ROM的电路结构简单，故集成R度OM可的以简化做画的法很 高，可批量生产，价格便宜。
c. 可以把ROM看成一个组合逻辑电路，每一条字线就 是对应输入变量的最小项，而位线是最小项的或，故 ROM可实现逻辑函数的与－或标准式。
5
7.1 概述
**PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户可 根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器，将 某些单元改写为0(或为1)。
**PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户 可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器， 将某些单元改写为0(或为1)。
***EPROM是采用浮栅技术的可编程存储器，其数据 不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除 重写，所以具有较大的使用灵活性。它的数据的写入 需要通用或专用的编程器，其擦除为照射擦除，为一 次全部擦除。电擦除的PROM有 E2PROM和快闪ROM。
16
7.2.1 掩模只读存储器
图7.2.3也可以用简化画法。凡是有二极管的位置，均 用交叉点“.”表示，并图且7.省2.2略电阻、输出缓冲器和电源
等符号，如图7.2.4所示。
A1 A1
A0 A0
W0 W1 W2 W3 D3
D2
D1
D0 图7.2.4 二极管掩模 ROM的简化画法
17
7.2.1 掩模只读存储器
b.地址译码器
图7.2.1
10
7.2.1 掩模只读存储器
b.地址译码器
图7.2.1
地址译码器是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
7半导体存储器-数字电路 (2)
0V
6V
0V 12V
s 10
100ms
快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，使用 方便。已有64兆位产品问世。很有发展前途。
12
第三节 随机存储器（RAM）
特点：RAM在工作时可随时对任意指定单元进行读或写操作。 使用方便、灵活。但切断电源后，所存信息就会丢失。 分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM两种。也 可称为读写存储器。
000H 100H 200H 300H
0FFH 1FFH 2FFH 3FFH
17
当要求字和位都扩展时，重复使用字扩展的电路，但译码器只用一个。
18
第五节 用存储器实现组合逻辑函数
ROM的每个输出都是由地址输 入的最小项之和的形式给出的，因 此可以用来实现组合逻辑函数。 例：用ROM实现由8421BCD码到七段显示器的译码器。
2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS) 构造：
用N沟道管；增加控制栅。 SIMOS管原来可导通， 开启电压约为2V。
注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加25V、 50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压，所以需要的漏源电压 相对较小。注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通。 存储单元如下页图。256字X1位。已注入电荷的 SIMOS管存入的是1。
11
•存储单元的工作原理：
1.读出：源极接地，字线为5V逻辑高 电平。
2.写入利用雪崩注入法。源极接地； 漏极接6V；控制栅12V脉冲，宽10 s。 3.擦除用隧道效应。控制栅接地； 源极接12V脉冲，宽为100ms。 因为片内所有叠栅管的源极都连 在一起，所以一个脉冲就可擦除 全部单元。
5V 12V
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阜师院数科院
K: 输出 控制端
假设 ： A1A0 ＝ 11 1
0
0
0
二极管 或门
(8-6)
D3
D2
D1
D0
10 10
A1 译 A1A0
1
A1A0
码 A1A0
A0 器 A1A0
2019/8-/V6 CC
阜师院数科院
K: 输出 控制端
当某一字线 被选中时， 这个字线与 位线间若接 有二极管， 则该位线输 出为 1 。
码 A1A0 A0 器 A1A0
输入任意一个
K: 输出 控制端
地址码，译码器
就可使与之对应
的某条字线为高
电平，进而可以
从位线上读出四
位输出数字量。
位容
阜师院数科院
A1 A0
00 01 10 11
D3 D2 D1 D0
00 11 0101 01 01 1 0 1 0(8-11)
2019/8/6
阜师院数科院
(8-3)
7.2只读存储器(ROM)
7.2.1掩模只读存储器 在采用掩模工艺制作ROM时，其中存储的数据是
由制作过程中使用的掩模决定的。这种掩模板是按照 用户的要求而专门设计的。因此，掩模ROM在出厂时 内部存储的数据就已经“固化”在里面了，不可更改。
ROM的电路结构包含存储矩阵、地址译码器和 输出缓冲器三个部分。
若将熔丝烧
断，该单元则变
成“0”。显然，
一旦烧断后不能
再恢复。
2019/8/6
阜师院数科院
(8-13)
编程时首先应
输入地址代码，找 出要写入0的单元 地址。然后使VCC 和选中的字线提高
到编程所要求的高
电位，同时在编程
单元的位线上加入
编程脉冲（幅度约 20V，持续时间约 十几微秒）。这时 写入放大器AW的输 出为低电平，低内
第七章 半导体存储器
§7.1 概述 §7.2 只读存储器（ROM） §7.3 读写存储器（RAM） §7.4 存 储 器 容 量 的 扩 展 §7.5 用存储器实现组合逻辑函数
2019/8/6
阜师院数科院
(8-1)
§7. 1 概述
半导体存储器是用来存储二值数字信息的大规模
集成电路。在电子计算机以及其他一些数字系统的工 作过程中，都需要对大量的数据进行存储。因此，存 储器也就成了这些数字系统不可缺少的组成部分。
2019/8/6
阜师院数科院
(8-12)
前两种存储器的存储内容在出厂时已被完全固 定下来，使用时不能变动，称为固定 ROM 。
7.2.2可编程只读存储器(PROM)
有一种可编程序的 ROM ，在出厂时全部存储 “1”，用户可根据需要将某些单元改写为 “0”, 然而只能改写一次，称其为 PROM。
１．UVEPROM(Ultra-Violet
Erasable Programmable ROM）0
Vgs
1) 叠栅注入MOS管
VT VT’
原理：
在写入数据前：浮栅无电子，SIMOS管同正常MOS管，开启电压为VT。
写数据时，需在漏、栅极之间加足够高的电压（如25V）使漏极与衬 底之间的PN结反向击穿，产生大量的高能电子。这些电子穿过氧化 绝缘层堆积在浮栅上，从而是浮栅带有负电荷。浮栅有电子后，控 制栅需要加更大正压才能使管子开启，开启电压为VT’。（Stackedgate 2I01n9/j8/e6 ction Metal-Oxide阜-师S院em数i科）院
决这个矛盾，在存储器中给每个存储单元编了一个地
址，只有被输入地址代码指定的那些单元才能与公共
的输201入9/8/6/输出引脚接通，阜进师院行数科数院据的读出和写入。
(8-2)
存储器实际上是将大量存储单元按一定规律结合起
来的整体，它可以被比喻为一个由许多房间组成的大 旅馆。每个房间有一个号码 ( 地址码 )，每个房间内 有一定内容( 一个二进制数码，又称一个“字” )。
2019/8/6
阜师院数科院
(8-4)
位线
D3
D2
D1
D0
A1 译 码
A0 器
A1A0 A1A0 A1A0 A1A0
字线
2019/8-/V6 CC
阜师院数科院
K: 输出 控制端
输出 电路
存储 矩阵
(8-5)
D3
D2
D1
D0
10 10
A1 译 码
A0 器
A1A0 A1A0 A1A0 A1A0
2019/8-/V6 CC
由于计算机处理的数据量越来越大，运算速度越
来越快，这就要求存储器具有更大的存储容量和更
快的存取速度。所以通常把存储量和存取速度作为
衡量存储器性能的重要指标。（如109位/片，10ns）
因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件
的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存
器那样把每个存储单元的输入输出直接引出。为了解
阻状态，有较大的
脉冲冲击电流流过 熔丝，将其熔断。
2019/8/6
图7.2.5 PROM管的结构原理图 阜师院数科院 (8-14)
图7.2.5 是一个16×8的 PROM。这里16×8是 指其存储矩阵的容量。
存储容量 ： 是 ROM 的主要技术指标之一，它
一般用[ 存储字数：2N ] ·[ 输出位数：M ] 来表示 ( 其中N为存储器的地址线根数 )。
阜师院数科院
K: 输出 控制端
假设 ： A1A0 ＝ 01
(8-9)
D3
D2
D1
D0
00 1 1
A1 译 码
A0 器
A1A0 A1A0 A1A0 A1A0
2019/8-/V6 CC
阜师院数科院
K: 输出 控制端
假设 ： A1A0 ＝ 00
(8-10)
字线 D3 D2 D1 D0
A1
A1A0
译 A1A0
半导体存储器的种类很多，从存储功能上讲，可分 为只读存储器（Read Only Memory ，简称ROM）和 随机存储器（Random Access Memory，简称RAM） 两大类。
从构成元件来说，又分为双极型和MOS型。但鉴 于MOS电路具有功耗低，集成度高等优点，目前大 容量的存储器都是采用MOS电路制作的。
例如：128(字) ·8(位)，1024(字) ·8(位)等等。
PROM 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 ROM，简称 EPROM。它所存储的
信息可以用紫外线或 X 射线照射檫去，然
后又可以重新编制信息。
2019/8/6
阜师院数科院
(8-15)
iD
7.2.3可重复编程只读存储器(EPROM)
二极管 或门
(8-7)
D3
D2
D1
D0
01 0 1
A1 译 码
A0 器
A1A0 A1A0 A1A0 A1A0
2019/8-/V6 CC
阜师院数科院
K: 输出 控制端
假设 ： A1A0 ＝ 10
(8-8)
D3
D2
D1
D0
01 0 1
A1 译 码
A0 器
A1A0 A1A0 A1A0 A1A0
2019/8-/V6 CC