半导体存储器
半导体存储器
2.主存-辅存存储层次
辅助存储器是主存的补充，用来存放暂时不用的程序和数据。主存-辅存层次通过附加的硬 件及存储管理软件来控制，使主存-辅存形成一个整体，称之为虚拟存储器。
6.5 辅助存储器
1. 辅助存储器的特点 2．磁表面存储器的主要技术指标
(1)记录密度。 (2)存储容量。 (3)平均寻址时间。 (4)数据传输率。 (5)误码率。
6.5.2 磁记录原理和记录方式
6.5.2 磁记录原理和记录方式 1．磁记录原理
磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写操作。写入时，记录介质在磁头下 方匀速通过，根据写入代码的要求，对写入线圈输入一定方向和大小的电流，使磁头导磁体 磁化，产生一定方向和强度的磁场。由于磁头与磁层表面间距非常小，磁力线直接穿透到磁 层表面，将对应磁头下方的微小区域磁化(叫作磁化单元)。可以根据写入驱动电流的不同方 向，使磁层表面被磁化的极性方向不同，以区别记录“0”或“1”。
(2)磁表面存储器。磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作 时磁层随载磁体高速移动，用磁头在磁层上进行读写操作，为磁表面存储器。
(3)光盘存储器。光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储器，具有非易失性 的特点。光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等。
半导体存储器
6.1 存 储 器 的 基 本 概 念 6.2 半 导 体 存 储 器 6.3 主 存 储 器 与 CPU 的 连 接 6.4 提 高 存 储 器 性 能 的 方 法 6.5 辅 助 存 储 器
微型计算机系统原理及应用 第4章 半导体存储器
17
4．3 半导体只读存储器（ROM）
4.3.1 掩膜式只读存储器ROM ROM制造厂家按用户提供的数据，在芯片制造时
写定。用户无法修改。
18
4.3.2 可编程的只读存储器PROM 只能写入一次。
19
4.3.3 可编程、可擦除的只读存储器EPROM
1. 紫外线擦除的EPROM 进行照射10～20min，擦除原存信息，成为全1状态。
8
2．静态RAM的结构 将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静 态RAM存储器。
9
典型的SRAM 6116：2KB，A0~A10，D0~D7形成 128*16*8（每8列组成看作一个整体操作）的阵列
片选CS# 输出允许 OE#
读写控制 WE#
10
典型的SRAM芯片6264 (8KB)
29
存储器芯片的选用
RAM、ROM区别：
–ROM：ROM用来存放程序，为调试方便，多采用EPROM
–RAM：存储器容量不大，功耗较小时，可采用静态RAM；
系统较大，存储器容量很大，功能和价格成为主要矛盾， 要选择动态RAM，这时要考虑刷新问题。
组成存储器模块时，需要考虑的因素主要有：容
量、速度、负载等：
14
2. 双端口RAM举例
CY7C130/131/140/141 1K*8bit高速双端口SRAM A0~A9：地址线 I/O0~I/O7：数据线 CE#：片选 OE#：输出允许线 R/W#：读写控制 BUSY#： INT#：
15
存储器的基本组成 半导体存储器的内部结构为例
译码电路： 重合译码方式 存储体：核心。一个 基本存储电路可存入 一个二进制数码
A12 A7 A6 A5 A4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Vcc WE CS 2 A8 A9 A 11 OE A 10 CS 1 D7 D6 D5 D4 D3
第七章 半导体存储器
三、知识点
1、重点掌握的知识点 （1）各种ROM的电路结构和工作原理； （2）SRAM的的电路结构和工作原理；
（3）存储器容量的扩展方法；
（4）用存储器实现组合逻辑函数的方法。 2、一般掌握的知识点
（1）各种ROM存储单元的特点； （2）SRAM的静态存储单元。
7.1 概述
半导体存储器是一种能存储大量二值信息的半导 体器件。 一、半导体存储器的一般结构形式 存储单元数目庞大，输入/输出引脚数目有限。
译成某一条字线有效，从存储矩阵中选中一行存储单元；
列地址译码器将输入地址代码的其余若干位(Ai+1~An-1)译 成某一根输出线有效，从字线选中的一行存储单元中再 选一位(或n位)，使这些被选中的单元与读/写电路和 I/O(输入/输出端)接通，以便对这些单元进行读/写操作。
读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控 制。CS′称为片选信号，当CS′=0时，RAM工作， CS′=1时，所有I/O端均为高阻状态，不能对RAM 进行读/写操作。
11A7 ~ A0 768 ~ 1023
256 ~ 511
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
ROM广泛应用于计算机、电子仪器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电子测量设备和数
控电路，其具体应用有专门的教材进行论述，这里仅介绍用
ROM在数字逻辑电路中的应用。 分析ROM的工作原理可知，ROM中的地址译码器可产
生地址变量的全部最小项，能够实现地址变量的与运算，即
A0~An-1
D0
W0
W2n-1
Dm
地
A1
址
A0 D3
数
D2
据
D1 D0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1
第6章半导体存储器
（a）
图6-8
（b）
3．快闪存储器(Flash Memory)
而且浮置栅一源区间的电容要比浮置栅一控制栅间的电容小得多 。 当控制栅和源极间加上电压时,大部分电压都将降在浮置栅与源极 之间的电容上。 快闪存储器的存储单元就是用这样一只单管组成的，如图6-8(b)所 示。
（a）
图6-8
（b）
半导体存储器的技术指标
存取容量：表示存储器存放二进制信息的多少。二值 信息以字的形式出现。一个字包含若干位。一个字的 位数称做字长。
例如，16位构成一个字，那么该字的字长为16位。一个存储 单元只能存放一个一位二值代码，即只能存一个0或者一个1。 这样，要存储字长为16的一个字，就需要16个存储单元。若 存储器能够存储1024个字，就得有1024×16个存储单元。 通常，用存储器的存储单元个数表示存储器的存储容量，即 存储容量表示存储器存放二进制信息的多少。存储容量应表 示为字数乘以位数。 例如，某存储器能存储1024个字 ，每个字4位，那它的存储容 量就为1024×4=4096，即该存储器有4096个存储单元。 存储器写入（存）或者读出（取）时，每次只能写入或读出 一个字。若字长为8位，每次必须选中8个存储单元。 选中哪些存储单元，由地址译码器的输出来决定。即由地址 码来决定。地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的关系。 如果某存储器有十个地址输入端，那它就能存210=1024个字。
[例6-1]
[例6-1]
根据表6-2可以写出Y的表达式： Y7=∑（12，13，14，15） Y6=∑（8，9，10，11，14，15） Y5=∑（6，7，10，11，13，15） Y4=∑（4，5，7，9，11，12） Y3=∑（3，5，11，13） Y2=∑（2，6，10，14） Y1=0 Y0=∑（1，3，5，7，9，11，13，15 ） 根据上述表达式可画出ROM存储点阵如图6-9所示。
半导体存储器介绍
04
价格竞争： 各厂商通过 调整产品价 格来争夺市
场份额
05
市场趋势： 随着市场需 求的扩大， 市场竞争将
更加激烈
发展趋势
01
市场规模不断扩大，需 求持续增长
03
市场竞争激烈，企业并 购和整合频繁
05
政策支持，推动半导体 存储器产业发展
02
技术进步，存储密度和 速度不断提高
04
应用领域不断拓展，如 人工智能、物联网等
存储速度：半导体存储器的存储速度取 决于其内部电路的运行速度和数据传输 速度。
存储技术：半导体存储器有多种存储技术， 如DRAM、SRAM、Flash等，每种技术 都有其独特的存储容量和速度特点。
发展趋势：随着技术的进步，半导体存 储器的存储容量和速度也在不断提高， 以满足不断增长的数据存储需求。
半导体存储器市场
0 3 存储单元：由晶体管和电容器组 成，用于存储数据
0 4 存储方式：分为随机存取存储器 （RAM）和只读存储器（ROM）
0 5 存储容量：取决于存储单元的数 量和每个单元的存储能力
0 6 存储速度：取决于存储单元的访 问速度和数据传输速度
存储容量和速度
存储容量：半导体存储器的存储容量取 决于其内部存储单元的数量和每个存储 单元的存储容量。
数据不丢失
EEPROM（电可擦除
4
可编程只读存储器）：
可擦除和重新编程，断
电后数据不丢失，速度
较慢
Flash Memory（闪
5
存）：可擦除和重新编
程，断电后数据不丢失，
速度快，广泛应用于U
盘、SD卡等设备
半导体存储器特点
01
存储速度快：半导 体存储器的读写速 度远高于磁性存储
半导体存储器
27**系列 2716 2732 2764 … 27040 4. 可电擦除、可编程ROM (EEPROM) —— 可多次擦除和重写（电擦除）
2817 28C64 28C256 4种工作方式：读方式、写方式、字节擦除方式和整体擦除方式 5. 闪烁存储器(FLASH ROM) —— 属于EEPROM类型，性能优于EEPROM
5
24 A9
6 23 A11
7 22 /OE
8
21 A10
9
20 /CS
10 19 D7
11 18 D6
12 17 D5
13 16 D4
14 15 D3
62256逻辑图
A14
A13
D7
A12 A11 A10 A9
A8 A7 A6 A5
D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
A4
A3
A2
A1
A0 CS OEWE
存储器基本知识
62256工作表 CS WE OE D7~D0 H × × 高阻 L H L 输出 L L H 输入 L L L 输入 L H H 高阻
存储器基本知识
2. 27256 － 32K*8 EPROM
Vpp
A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2
GND
27256引脚图
半导体存储器
设x的取值范围为0～15的正整数， 则对应的是4位二进制正整数，用 B＝B3B2B1B0表示。根据y＝x2可算 出y的最大值是152 ＝225，可以用 8位二进制数Y＝Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0 表示。由此可列出Y＝B2 即y＝x2 的真值表。
输 B3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 B2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
输 Y4 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0
出 Y3 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 Y2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Y1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
&
&
&
W3
地 A1 0 0 1 1
址 A0 0 1 0 1 W0 1 0 0 0
字 W1 0 1 0 0
线 W2 0 0 1 0
D3=0
≥1
D2=1
D3 D2 ≥1
D1=1
D1 ≥1 ≥1
D0=1
D0
A1=1 A0=1
A1 A0
1 1
&
W0 W1 W2
W0=0 W1=0 W2=0 W3=1
存 W3 0 0 0 1 D3 1 0 1 0 储 D2 0 1 1 1 内 D1 1 0 0 1 容 D0 1 1 0 1
… …
27256(4) A0 O0 A 14 CS OE
… …
O7
… …
O7
… …
O7
… …
半导体存储器的分类及应用
半导体存储器的分类及应用半导体存储器主要分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
1. 随机存储器（RAM）：RAM是一种易失性存储器，其中存储的数据在断电后会丢失。
RAM主要用于临时存储计算机的运行数据和程序。
根据存储单元的结构，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。
- 静态随机存储器（SRAM）：SRAM由触发器构成，每个存储单元需要多个晶体管和电容器来存储一个位。
SRAM具有快速访问速度和较低的功耗，常用于高速缓存、寄存器文件和缓冲存储器等。
- 动态随机存储器（DRAM）：DRAM由电容器和晶体管构成，每个存储单元只需要一个电容器和一个晶体管来存储一个位。
DRAM的存储单元较小，但在每次读取数据后需要刷新电容器，因此访问速度相对较慢。
DRAM广泛应用于主存储器（内存）和图形存储缓冲区等。
2. 只读存储器（ROM）：ROM是一种非易失性存储器，其中存储的数据在断电后不会丢失。
ROM主要用于存储不需要频繁修改的固定数据，例如计算机的固件程序、启动代码和存储器初始化信息等。
根据存储单元的可编程性，ROM可分为可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。
- 可编程只读存储器（PROM）：PROM的存储单元由固定的晶体管和电容器组成，存储内容不能被修改。
- 可擦除可编程只读存储器（EPROM）：EPROM的存储单元由浮栅晶体管（FET）和电容器组成，可以通过曝光紫外光擦除并重新编程。
EPROM的擦除程序相对麻烦。
- 电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）：EEPROM的存储单元由浮栅晶体管（FET）和电容器组成，可以通过电信号擦除和编程。
EEPROM的擦除和编程过程相对容易，且可以单独对存储单元进行操作。
半导体存储器广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统等领域，包括但不限于以下几个应用：- 主存储器（内存）：作为计算机的主要存储器，用于存储正在执行的程序和运行数据。
半导体存储器
单元8 半导体存储器8-1基本理论: 存储器的种类与特性半导体存储器是存储大量的二进制信息的半导体器件。
根据功能划分，有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两大类。
8-1.1只读存储器ROM(固定存储器)一、特点：1、ROM中的信息是预先写好的，工作时，只能从中读出信息，一般不能随时修改和写入数据。
即不能简单修改。
2、掉电以后，程序也不会丢失。
3、ROM一般用于存储系统程序或用户程序。
二、ROM根据数据写入的方式不同分为三种：1、掩膜ROM：电路在制造过程中，按照用户的要求将信息用掩膜板确定下来。
所以电路出厂以后，内部存储的程序不能改变，只能读出。
不能改动。
2、PROM：可编程存储器，用户可以写入数据。
但一经写入数据后，就不能再改。
PROM在出厂时，存储单元全为“0”或“1”，使用时根据需要将其改写，但只能改写一次。
如：双极型三极管和熔断丝组成的PROM存储单元在出厂时产品的熔断丝全是通的，即存储单元全为1，使用时，如欲使某些单元改为0，则给这些单元通以足够大的电流，将熔断丝烧掉，熔断丝烧掉后，不能再恢复，所以只改写一次。
3、EPROM：它克服了PROM不能改写数据的缺点，用户可以用紫外线擦除存储的数据。
但一般擦除和编程的时间较慢，次数也不宜多，因此，正常工作时它仍工作在读出的状态。
4、EEPROM：EPROM只能整体擦除，不能一个存储单元一个存储单元地独立擦除。
EEPROM是不需要紫外线照射而采用电可改写的ROM，擦除和编程的电流很小，速度也很高。
8-1.2随机存储器RAM一、特点：1、RAM既可以随时从指定的存储单元中读出数据，又可以随时指定的存储单元中写入数据。
所以它存取数据方便，使用灵活，广泛用于计算机的内存中。
2、存储功能必须有外加电源的支持，停电后，存储的数据全部丢失。
二、RAM分为静态RAM和动态RAM两种。
与动态RAM相比,静态RAM消耗功率多,价格高,但无须数据刷新,故电路简单。
半导体存储器
半导体存储器半导体存储器，是一种以存储二值信息的大规模集成电路作为存储媒体的存储器，常用于存储程序、常数、原始数据、中间结果和最终结果等数据，是微型计算机的重要记忆元件。
半导体存储器有存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等优点，主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。
目录∙半导体存储器概述∙半导体存储器分类∙半导体存储器原理∙半导体存储器的指标∙半导体存储器概述o和逻辑运算器一样，半导体存储器同样也是各种电子计算机的关键部件，并且广泛应用于各类通讯和家用电子设备中；如今大到超级计算机和航天飞机，小到手机、语言复读机、各种电子玩具以及智能卡，都用到不同种类的半导体存储器；没有存储记忆功能的数字集成系统芯片(system on chip, SOC)，就像人的大脑失去了记忆，如此可知存储器和逻辑运算器同等重要、缺一不可。
现代半导体存储器的基本特点包括高密度、大容量、高速度、低功耗、低成本、类型多、功能强、用途广，几乎在每种半导体存储器中都采用金属-氧化层-半导体（MOS）工艺，并位于整个MOS芯片制造工艺的前沿。
∙半导体存储器分类o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：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。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
半导体存储器概述
半导体存储器概述半导体存储器是一种电子设备，用于存储计算机和其他电子设备中的数据。
它是一种非易失性存储器，意味着即使断电也可以保持存储的数据。
本文将对半导体存储器进行概述，包括其基本工作原理、不同类型的半导体存储器以及其在计算机和其他应用中的主要用途。
半导体存储器的基本工作原理是根据半导体上存储器细胞的电荷状态来存储和检索数据。
在半导体存储器中，每个存储器单元称为位（bit）。
位是最小的存储单元，由一个晶体管和一个电容器组成。
晶体管可用于控制电荷的读取和写入，而电容器可用于储存电荷，从而表示存储的数据。
RAM 是一种易失性存储器，意味着当断电时，其中存储的数据将丢失。
然而，RAM 具有快速和随机访问数据的能力，适用于计算机内存。
RAM 可以分为静态RAM（Static RAM，SRAM）和动态RAM（Dynamic RAM，DRAM）两类。
SRAM使用了多个晶体管来构成每个存储单元，能够存储数据的时间更长，但相应地也需要更多的面积。
因此，SRAM内存更快但价格更昂贵，通常用于高速缓存和寄存器文件等需要快速访问的应用。
DRAM使用一个传输线和一个电容来存储一个位。
传输线用于读取和写入数据，电容用于存储电荷。
由于电容器电荷会逐渐泄漏，DRAM需要经常刷新来保持存储的数据，所以在功耗和速度上相对较差。
然而，DRAM的密度更高，价格更低，通常用于计算机的主存储器。
ROM是一种只能读取的存储器，用于存储程序和数据，无法修改。
ROM是非易失性存储器，意味着断电后其中存储的数据不会丢失。
几种常见的ROM包括PROM、EPROM和EEPROM。
PROM（Programmable Read Only Memory）是一种在制造时没有写入数据的 ROM，可以通过电气操作编程或擦除。
EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）是一种可以擦除和重新编程的 ROM，需要 UV 紫外线擦除器来擦除数据。
微机原理半导体存储器
位地址线）。
虚拟存储器程序占用存储空间，可达246字节。
实存储器
由32位 RAM
地址
ROM
232＝4G
虚存储器 磁盘 设备
246＝64T
•虚拟存储器实际上是由磁盘等外存储器旳支持来 实现旳，即由操作系统把磁盘存储器当主存来使 用，以扩大内存。
所以，存储器和CPU旳连接，有三个部分： （1）、地址线旳连接； （2）、数据线旳连接； （3）、控制线旳连接。 在详细连接时应考虑下面问题：
1、CPU总线旳负载能力
在微机系统中，CPU经过总线与数片存储器和若干I/O 芯片相连，而这些芯片可能为TTL器件，或MOS器 件，所以构成系统时CPU总线能否支持其负载是必须 考虑旳问题。
24 ——VCC ——A8 ——A9 ——WE ——OE ——A10 ——CE ——D7 ——D6 ——D5 ——D4
13 ——D3
引脚功能
D0－D7 8位数据输入／输出 A0-A10地址输入 ,11位
CE 片选（芯片允许） WE 写允许 OE 输出允许
一般RAM都有这三个控制端
• 2K*8=2024*8=16384个基本元电路，用11根地址 线对其进行译码，以便对2K个单元进行选择，选 中旳8bit位同步输入/输出，数据旳方向由CE， WE，OE一起控制。
旳存取时间tRC或tWC；一般以CPU旳时序来拟定对存储
器旳存储速度旳要求 ；在存储芯片已拟定旳情况下， 则应考虑是否需要迁入TW周期等。
• 背面设计，假设能配合，不考虑插入电路。
3、存储器旳地址分配和片选问题
因为目前单片存储器旳容量依然是有限旳，所以 总是要由许多片才干构成一定容量旳存储器。
半导体存储器分类
半导体存储器是计算机和电子设备中常用的内部存储器类型，根据不同的特性和用途，可以分为多种分类。
以下是常见的半导体存储器分类：1.RAM（随机存取存储器）：SRAM（静态随机存取存储器）：使用触发器构建，读写速度快，但需要较多的芯片面积和功耗。
DRAM（动态随机存取存储器）：基于电容的存储单元，需要定期刷新，但相对较高的存储密度使其成为主流内存选项。
2.ROM（只读存储器）：PROM（可编程只读存储器）：用户一次性编程，无法擦除或重新编程。
EPROM（可擦除可编程只读存储器）：需要特殊设备进行擦除，然后重新编程。
EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可通过电子擦除和编程，较为灵活，但擦写次数有限。
Flash 存储器：类似于EEPROM，但支持块擦除，用于各种应用，包括闪存驱动器、存储卡和固态硬盘。
3.Cache 存储器：L1、L2、L3 Cache：位于处理器内部的高速缓存，用于加速数据访问。
缓存存储器层次结构：不同级别的缓存通过层次结构来平衡速度和容量。
4.寄存器文件：寄存器组：在CPU 内部的小型存储器单元，用于存储指令、数据和控制信号。
5.存储卡和存储棒：SD 卡、MicroSD 卡、USB 存储棒等：用于移动设备和计算机的便携式存储。
6.堆栈存储器：堆栈内存：用于存储函数调用、局部变量和返回地址等，通常遵循先进后出（LIFO）原则。
7.内存芯片：内存芯片：集成了多个存储单元，通常作为外部存储器使用。
这些存储器类型在不同的应用场景中具有不同的特点和用途。
随着技术的发展，各类存储器不断优化和演进，以满足日益复杂的计算和数据存储需求。
第七章半导体存储器
（RAM） 动态RAM（Dynamic RAM）
双极性型 按制造工艺分
CMOS型
只读存储器ROM：用于存储固定信息的器件，在断电 后所保存的信息不会丢失。把数据写入到存储器以后， 正常工作时它存储的数据是固定不变的，只能根据地址 读出，不能写入。只读存储器主要应用于数据需要长期 保留并不需要经常改变的场合，如各种函数表、需要固 化的程序等。
在扩展时应将各片存储器的地址线、片选信号线和读/ 写信号线对应地并接在一起，而各片的数据线作为扩展后 每个字的各位数据线。
7.4.2 字扩展方式
字扩展是指扩展成的存储器字数增加而数据位数不变。
例：用4片256 x 8位RAM→1024 x 8位 存储器
I O0 .......... .......... .. I O7
例7.5.1 用ROM产生组合逻辑函数： Y1=ABC+ABC Y2=ABCD+BCD+ABCD Y3=ABCD+ABCD Y4=ABCD+ABCD
解： 将原函数化成最小项之和形式：
Y1=m2+m3+m6+m7 Y2=m6+m7+m10+m14 Y3=m4+m14 Y4=m2+m15 列出数据表：
7.2.1 掩模只读存储器ROM
根据用户要求专门设计的掩模板，把数据 “固化”在ROM
例1 ：地存址储线容量为224位的中ROM。
A1A0：两位地址代码，能指定 四个不同地址
地址译码器（二极管与门电路）： 将四个地址译成W0W3四个高电 平输出信号
字线
位线
A1 A0 00 01 10
11
W0 W1
7.2 只读存储器ROM
第3章 半导体存储器
② 外存储器是不直接和CPU相联系的存储器，也可归 类为外部设备。 特点：存储容量大，但存储速度慢。其存储容量从几百兆
比特到几十吉比特，寻址时间为若干毫秒。外存储器由软
磁盘、硬磁盘及光盘等组成，不属本章的讨论内容。 ③缓冲存储器位于主存与CPU之间。 特点：其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来解决 存取速度与存储容量之间的矛盾，提高整个系统的运行速 度；
（2） 最大存取时间
内存储器从接收、寻找存储单元的地址码开始，到
它取出或存入数码为止所需的时间叫做存取时间。通常 手册上给出该常数的上限值，称为最大存取时间。最大 存取时间愈短，存储器的工作速度就愈高。因此，它是 存储器的一个重要参数。半导体存储器的最大存储时间
为几纳秒至几十纳秒。
（3）功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”， 应在保证速度的前提下尽可能地减少功耗，特别要减少“维 持功耗”。 （4）可靠性
第3章 3.1
半导体存储器 概述(P234)
3.1.1 存储器的分类
1．常见分类 ① 按存储介质分类——磁芯存储器、半导体存储器、光电存储 器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。 ② 按存取方式分类——随机存储器(内存和硬盘)、顺序存储器 (磁带)。 ③ 按存储器的读写功能分类——只读存储器(ROM)、随机存 储器(RAM)。 ④ 按信息的可保存性分类——非永久记忆的存储器、永久性记 忆的存储器。 ⑤ 按存储器在计算机系统中的作用分类——主存储器、辅助存 储器、缓冲存储器、控制存储器等。
所以 ：一片 6116的存储容量为2K×8位，即 2KB。 常用的静态RAM芯片还有6264、62256、628128、 628512、6281000等。它们的存储容量分别为8K×8、 32K×8、128K×8、512K×8、1M×8。
半导体存储器概述
数字电路逻辑设计
数字电路逻辑设计
半导体存储器概述
本章将介绍各种半导体存储器的基本结构、工作原理、功能 及应用。半导体存储器一般可分为随机存取存储器（Random Access Memory）RAM以及只读存储器（Read-only Memory）ROM 两种。RAM可在任何时刻对存储器内任意一个单元直接存取信息， 根据所采用的存储器单元结构的不同，RAM又可分为静态存储器 SRAM和动态存储器DRAM。
ROM在正常运行时，只能读出信息而不能写入，但断电后所 存储的数据不会消失。ROM有掩膜只读存储器、可编程只读存储 器（PROM）、可擦除的可编程只读存储器（EPROM）、电信号可 擦除的可编程ROM（EEPROM），快闪存储器（Flash Memory）等 不同种类。
半导体存储器的主要技术指标
半导体存储器的主要技术指标有存储容量和存取时间两种。 存储器中一个基本存储单元能存储1个Bit的信息，所以存储容量 就是该存储器基本存储单元的总数，存储容量的单位为Kb， 1Kb=210=1024bit。存储器的存取时间一般用读（或写）周期来 描述，连续两次读取（或写入）操作所间隔的最短时间称为读 （或写）周期。读（或写）周期短，即存取时间短，存储器的工 作速度就高。
半导体存储器及其应用
存储器构造框图
存储器内部为双向地址译码，以节省内部引线和驱动器 如：1K容量存储器，有10根地址线。 单向译码需要1024根译码输出线和驱动器。
双向译码 X、Y方向 各为32根译码输出线 和驱动器， 总共需要64根译码线 和64个驱动器。
静态RAM Intel 2114 Intel 2114 容量 1k×4位
PROM：可编程ROM
顾客可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入
写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改
写。
１、熔丝型ＰＲＯＭ旳构成：
由镍铬熔丝等构成 ２、熔丝型ＰＲＯＭ旳编程写入
出厂时，全部位均为“０”
编程写入：用过电流将要写
“１” 旳位旳熔丝熔断。
３、“读”工作原理 字线被选中，有(无)熔丝旳位
程序存储器旳工作方式-2716(见P110)
EPROM2716 工作方式真值表
/CE /OE VPP D0~D7 方式
0 0 +5V 输出
读
× 1 +5V 高阻 未选中
1 × +5V 高阻
维持
正脉 冲1
+25V
输入
编程
0 0 +25V 输出 编程校验
0 1 +25V 高阻 编程禁止
注：VPP为编程脉冲，可觉得 +5V,+12.5v,+21V,+25V等
第五章 半导体存储器及其应用
5-1 半导体存储器旳分类 5-2 随机存取存储器RAM 5-3 只读存储器ROM 5-4 CPU与存储器旳连接 5-5 MCS-51存储器旳扩展
5.1 半导体存储器旳分类
ห้องสมุดไป่ตู้ 1. 随机存取存储器RAM (Random Access Memory)
半导体存储器的工作原理
• 首先将要写入的信息由数据输入寄存器经I/O缓 冲器送入被选列的读出再生放大器中，然后再 写入行、列同时被选中的存储单元。
2. 动态 RAM ( DRAM )
4.2
(1)
读选择线
动态 RAM 基本单元电路
V DD
T2
无有电流 数据线
T1
T3 Cg
01
T4 预充电信号
10
T
01
Cs
读放大器
Cs
0 … 63
64 … 127
128 根行线
DIN
数据输入
I/O缓冲
127
读/写线
DOUT
输出驱动
⑤ 4116 (16K×1位) 芯片 写 原理
…
读读读出放放放大大大器器器
…
Cs
读放大器
4.2
0
128
1列
选 择
… … … … …
读放大器
Cs
0 … 63
64 … 127
128 根行线
DIN
• 当选中存储芯片工作时，首先给定访存地址， 并给出片选信号 CCSS 和读写信号 RR//WW 6行列地 址，被选的行、列选择线的交叉处的存储电路 被唯一地选中，读出或写入一位二进制信息。
• 思考： • 对于4096个字采用单译码方案，需4096个译码
驱动电路。 • 若采用双译码方案，只需128个译码驱动电路。
读出再生放大器电路
• 放大器由T1、T2、T3、T4组成，T6、T7与Cs是 两个预选单元，由XW1与XW2控制。
• 读写前，先使两个预选单元中的电容Cs预充 电到0与1电平的中间值，并使控制信号φ1 ＝0，φ2＝1，使T3、T4截止，T5导通，使读 出放大器两端Wl、W2处于相同电位。
半导体存储器概述
半导体存储器概述半导体存储器（Semiconductor Memory）是一种用于存储和读取数字信息的电子设备，广泛应用于计算机、通信设备、嵌入式系统等各种电子设备中。
相比于传统的磁性存储器，半导体存储器具有速度快、功耗低以及体积小等优点，因此在现代电子设备中得到广泛使用。
半导体存储器的基本构成单元是存储单元，它是由一个或多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个或多个二进制位的信息。
存储单元可以分为静态存储单元（Static Random Access Memory，SRAM）和动态存储单元（Dynamic Random Access Memory，DRAM）两类。
静态存储单元由6个晶体管组成，其中包括两个交叉连接的反相非门（Inverter），一个传输门（Transfer Gate）和两个位线连接器（Bit Line）。
SRAM主要用于高速缓存等需要快速访问和读写的场景中，速度快、性能好，但是价格昂贵且功耗较高。
动态存储单元则由一个电容和一个开关管组成，电容用于存储信息，开关管用于控制读写操作。
DRAM的存储单元面积小，功耗低，但是随着时间的推移，电容中存储的电荷会逐渐泄漏导致信息丧失，因此需要定期刷新。
DRAM被广泛应用于主存储器（Main Memory）中。
除了SRAM和DRAM之外，还有一些其他的半导体存储器类型，如闪存（Flash Memory）、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）和EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory）等。
闪存是一种非易失性存储器，主要用于嵌入式系统和便携设备中。
它通过划分为多个块并使用电荷来存储信息，可以被分别擦除和写入。
闪存的特点是存储密度高、功耗低、可擦写次数有限。
EEPROM是可以通过电压改编信息的一种可擦写存储器，通常用于存储配置参数、固件等不需要频繁修改的数据，具有很高的擦写次数和可靠性。
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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 半导体存储器及分类
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：
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。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将
随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
（3）只读存储器（简称ROM）：信息被事先固化到存储器内，可以长期保留，断电也不丢失。
它在正常运行时，只能读出信息，而不能写入。
只读存储器有固定ROM和可编程ROM两类。
可编程ROM 又有一次可编程ROM（简称PROM）、光可擦可编程ROM（简称EPROM）、电可擦可编程ROM（简称EEPROM或E2PROM）、快闪存储器（Flash Memory）等几种类型。
7.2 顺序存取存储器（SAM）
SAM主要由动态移存器构成，它在不断刷新的前提下，可以存储大量数据，但在存取数据时，必须按先进先出或先进后出的原则顺序进行。
7.3 随机存取存储器（RAM）
在RAM工作时可以随时从任何一个指定地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元中去。
它的优点是读、写方便，使用灵活。
缺点是一旦断电以后所存的数据将随之丢失，即存在数据易失性的问题。
RAM由地址译码器、存储矩阵和读写控制电路三部分组成。
它能对任意一个地址单元进行读写操作。
RAM有SRAM和DRAM两类：
（1）SRAM的存储单元为R–S触发器，如六管CMOS静态存储单元，因此不需要刷新；
（2）DRAM由动态存储单元（三管、单管动态存储单元）构成存储矩阵。
它是利用栅电容C或集成电容C S来暂存信号的，因此需要不断刷新。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
7.4 只读存储器（ROM）
只读存储器属于非易失存储器，断电后存储的数据不丢失。
1. 固定（掩模）ROM
芯片在生产厂制造时就把用户需要存储的内容用电路结构固定下来，使用时无法再改变，只能读出，不能写入。
存储单元可以用二极管构成，也可以用双极性三极管或MOS管构成。
2. 一次性可编程ROM（PROM）
PROM的总体结构与固定（掩模）ROM相同，所不同的是在芯片出厂时已经在存储矩阵的所有交叉点上全部制作了存储单元，存储单元全为1（或0），用户可用编程器将所需要的内容一次性写入，但一经写入就不能再修改。
3. 光可擦可编程ROM（EPROM）
这种ROM具有较大的使用灵活性，它存储的内容不仅可以由用户写入，而且还能擦去重写，但擦除时需用紫外线对芯片照射；写入时需
外加较高的电压，其过程较复杂、费时，所以在正常工作时仍然是只读不写。
4. 电可擦可编程ROM（EEPROM）
EEPROM只需在高压脉冲或工作电压下就可以进行擦除，而不需要借助紫外线照射，所以比EPROM更灵活方便，而且它还有字擦除（只擦一些或一个字）功能。
由于它可以在线改写，可以逐字改写，使其应用范围逐渐扩大，如在IC卡中应用。
5. 快闪存储器（Flash Memory）
快闪存储器是新一代用电信号擦除的可编程ROM。
它既具有EPROM 结构简单、编程可靠的优点，又具有EEPROM擦除快捷、集成度高的特点。
由于其集成度高、容量大、成本低和使用方便，应用日益广泛，如用于数码相机、MP3随身听等。
7.5 半导体存储器的主要技术指标
1. 存储容量
存储容量指存储器所能存放信息的多少，存储容量越大，说明它能存储的信息越多。
存储器中的一个基本存储单元能存储1 bit的信息，也就是可以存入一个0或一个1，所以存储容量就是该存储器基本存储单元的总数。
一个内有8 192个基本存储单元的存储器，其存储容量为8K（1K = 210 =1 024）；这个存储器若每次可以读（写）8位二值码，说明它可以存储1K个字，每字为8位，这时的存储容量也可以用1K×8位表示。
2. 存取时间
存储器的存取时间一般用读（或写）周期来描述，连续两次读取（或写入）操作所间隔的最短时间称为读（或写）周期。
读（或写）周期短，即存取时间短，存储器的工作速度就高。
7.6 存储容量扩展方法
当使用一片ROM或RAM器件不能满足对存储容量的要求时，就需要将若干片ROM或RAM组合起来，形成一个容量更大的存储器。
存储器的扩展主要工作是地址线、数据线和控制线的连接。
例7–1由8片256×4位的存储器，组成1024×8位的存储空间如图7–6–1所示。
图7–6–1 例7–1图
7.7 用ROM实现组合逻辑
由于可编程ROM中的地址译码器是个与阵列，存储矩阵是个或矩阵，因而在地址端输入逻辑函数的变量，只要对存储矩阵编程就可在ROM的数据输出端获得任意所需的组合逻辑函数。
因此利用可编程ROM集成片实现组合逻辑以完成各种组合逻辑功能是非常方便实用的。
自我检测题
1.若存储芯片的容量为128K×8位，问
（1）访问该芯片需要多少位地址？
（2）假定该芯片在存储器中首地址为A0000H，则末位地址应为多少？
2.将一个包含有32 768个基本存储单元的存储电路设计成4 096个字节的RAM，该RAM（1）有几根数据线？（2）有几根地址线？
3.试用8×4 位RAM扩展为（1）32×4 位RAM；（2）16×8 位RAM。
4.已知Z=X2Y，其中X、Y均为2位二进制数，试画出Z的PROM阵列图。
5.已知多输出组合逻辑电路的输出函数表达式为
若用ROM实现该多输出组合逻辑电路，ROM的容量应为多少？画出阵列图。
思考题
1.半导体存储器如何分类？有哪些主要技术指标？
2. SAM、RAM（SRAM、DRAM）、ROM（ROM、PROM、EPROM）各有什么特点？
3. RAM主要由哪三部分组成？它们的功能是什么？
4. RAM的MOS静态存储器单元与MOS动态存储器单元各有什么特点？
5.如何进行RAM存储容量的扩展？
6.如何用ROM来实现组合逻辑电路？。