存储单元结构原理

• UVEPROM（简称EPROM， ROM）;
• EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）。
• OTP/FLASH工艺
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掩膜只读存储器（Mask ROM）
• 掩膜ROM中储存的信息是在芯片制造过程 中就固化好了的，用户只能选用而无法修 改原存信息，故又称为固定只读存储器 ROM。通常，用户可将自己设计好的程序 （信息）委托生产厂家在生产芯片时进行 固化（掩膜），但要根据用户程序（信息） 制作专用的掩膜模具，该模具成本较高， 故掩膜ROM适用于批量生产的产品。
• 用MOS器件构成的RAM，又可分为静态（Static） RAM（SRAM）和动态（Dynamic）RAM （DRAM）两种。
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DRAM的特点
• 基本存储电路用单管线路组成（靠电容存 储电荷）；
• 集成度高； • 比静态RAM的功耗更低； • 价格比静态便宜； • 因动态存储器靠电容来存储信息，由于总
是存在着泄漏电流，故需要定时刷新。典 型的是要求每隔1ms刷新一遍；
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只读存储器（ROM）
• Æ固定程序/数据（表格等）----非易失性
• 1. 掩膜ROM（Read Only Memory）
• 2. PROM（Programmable ROM）
•
熔断或保留熔丝
• 3. EPROM Erasable Programmable
• 因此，用户使用PROM只能进行一次编程 写入。
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内容：
1. 存储器概述 2. 存储器分类 3. 半导体存储器 4. 单元电路结构及存储原理 5. 存储器测试原理和技术
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A、存储体：是存储1和0信息的电路实体，它由许多个 存储单元组成，每个存储单元一般由若干位(8位)组成， 每一位需要一个存储元件，每个存储单元有一个编号， 称为地址。存储器的地址用一组二进制数表示，其地址 线的位数n与存储单元的数量N之间的关系为： n 地址线数与存储单元数之间的关系列于下表中。
¾ 只读存储器ROM（Read Only Memory）：存 储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的 半导体存储器。
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存储器分类
• 按信息的可保存性分：
¾ 非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器； ¾ 永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。
• 按存储器用途分：
¾ 根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、 辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。
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B、地址选择电路 • 地址选择电路包括地址译码器和地址码寄存器。地址
译码器用来对地址译码。设其输入端的地址线有n根， 输出线数为N，则它分别对应2n个不同的地址码，作 为对地址单元的选择线。这些输出的选择线又叫做字 线。地址译码的方式有两种： ⑴ 单译码方式 它的全部地址码只用一个电路译码，译码输出的字选 择线直接选中对应的存储单元，如上面图9.2所示。这 一方式需要的选择线数较多，只适用于容量较小的存 储器。
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只读存储器（ROM）
• 可檫除、可编程ROM（EPROM)
¾ EPROM:用紫外光可以擦除ROM中全部信息。擦 除时间几分钟，然后用专用编程器进行编程写入。
¾ EEPROM:电擦除ROM，直接在编程器上用电压 信号进行擦除。重新写入和擦除同步进行。擦除 时间为20ms。
¾ EAPROM:直接在系统中擦除和改写，可以擦除 全部内容，也可以只擦除部分字节。正常使用只 能读出不能写入。
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分类： 只读存储器 ROM
(Read- Only Memory)
掩模ROM 可编程ROM（PROM） (Programmable ROM)
可擦除可编程ROM
紫外线擦除
UVEPROM (Ultra-Violet)
按 功
只能读出不能
（EPROM）
能 写入,断电不失 (Erasable PROM)
随机存储器RAM
• 存储容量：反映存储器存储能力的指标；存储容量是指存 储器可以存储的二进制信息量，它一般是以能存储的字数 乘以字长表示的。即存储容量=字数×字长，如一个存储 器能存4096 个字，字长16 位，则存储容量可用 4096×16 表示。
• 存取速度：存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速 度可用存取时间和存储周期这两个时间参数来衡量。
• 其它指标：体积小、重量轻、价格便宜、 使用灵活是微型计算机的主要特点及优 点，所以存储器的体积大小、功耗、工作 温度范围、 成本高低等也成为人们关心的 指标。
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半导体存储器分类
根据运行时存取（读写）过程的不同分类
半导体 存储器 Memory
只读 存储器
ROM
随机存取 存储器 RAM
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掩膜ROM 可编程ROM（PROM） UV可擦除PROM（EPROM）
¾ 存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储 器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间 越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时 间已小于5ns。
¾ 存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小 时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。
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内容：
1. 存储器概述 2. 存储器分类 3. 半导体存储器 4. 单元电路结构及存储原理 5. 存储器测试原理和技术
B
A
＆
Y
B
只读存储器-掩膜ROM
地址译码器的等效电路
A1 1
A0 1
&
&
&
&
地址译码器真值表
A1 A0 W0 W1 W2 W3 00 1 0 0 0 01 0 1 0 0 10 0 0 1 0 11 0 0 0 1
W0 W1
W2
W3
地址译码器的函数表达式
雷鑑W铭0 = A1 A0，W1 = A1 A0，W2 = A1 A0，W3 = A1 A0
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内容：
1. 存储器概述 2. 存储器分类 3. 半导体存储器 4. 单元电路结构及存储原理 5. 存储器测试原理和技术
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内容：
1. 存储器概述 2. 存储器分类 3. 半导体存储器 4. 单元电路结构及存储原理 5. 存储器测试原理和技术
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存储器分类
• 按读写功能分：
¾ 读写存储器RAM（Random Access Memory） 又称为随机存取存储器：既能读出又能写入的半 导体存储器
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只读存储器-掩膜ROM
基本结构：地址译码器、存储矩阵、输出缓冲器
存储单元：可以存放1位二进制数的单元电路 字单元：存储单元的组合，具有唯一的地址
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⑵ 双译码方式（或称矩阵译码） 双译码方式如图9.3所示。它将地址码分为X与Y两部
分，用两个译码电路分别译码。X向译码称为行译码，其输 出线称为行选择线，它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。 Y向译码又称为列译码，其输出线称为列选择线，它选中一 列的所有单元。只有X向和Y向的选择线同时选中的那一位 存储单元，才能进行读写操作。由图可见，具有1024个基 本单元的存储体排列成32×32的矩阵，它的 X向和Y向译 码器各有32根译码输出线，共64根。若采用单译码方式， 则有1024根译码输出线。因此，双译码方式所需要的选择 线数目较少 ，也简化了存储器的结构，故它适用于大容量 的存储器。
电可擦除
EEPROM (Electrically)
Flash Memory
(Random Access Memory)
静态存储器SRAM (Static RAM)
动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
快闪存储器
还可以按制造工艺 分为双极型和MOS
主要指标：存储容量、存取速度。 型两种。
存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某 动态存储雷器鑑的铭容量为109位/片。
存储单元的结构原理
存储器概述
• 存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设 备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信 息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运 行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根 据控制器指定的位置存入和取出信息。
• 构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器 件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一 个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性 材料的存储元，它可存储一个二进制代码。
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只读存储器-PROM
位线 D3
D2
D1
D0
字线
单元0
1
0
1
0
单元1
OTP-ROM (One-Time PROM) 快闪ROM（FLASH-ROM: 整片/块） 电可擦除PROM（E2PROM）（字节、页）
双极型 RAM
MOS型 RAM
SRAM （ 双 稳 态 触发 器） DRAM（电容） SDRAM IRAM(EDO,SDRAM,D DR,RAMBUS….)
存储器性能指标
9 高速缓冲存储器 （Cache） 高速存取指令和数据 存取速度 快，但存储容量小；
9 主存储器（内存）存放计算机运行期间的大量程序和数据 存 取速度较快，存储容量不大；
9 外存储器（外存）存放系统程序和大型数据文件及数据库 存 储容量大，位成本低。
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存储器性能指标
• 可靠性：是指存储器对电磁场及温度等变 化的抗干扰性， 半导体存储器由于采用大 规模集成电路结构，可靠性高，平均无故 障时间为几千小时以上。
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SRAM的特点
• 6管构成的触发器作为基本存储电路 • 集成度高于双极型，但低于动态RAM • 不需要刷新，故可省去刷新电路 • 功耗比双极型的低，但比动态RAM高 • 易于用电池作为后备电源 • 存取速度较动态RAM快
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只读存储器（ROM）
• ROM：是存储固定信息的存储器，使用时 只能读出所存的信息而不能写入数据。只 读存储器ROM中的数据可以存储5~20年而 不丢失。
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存储器分类
• 按存储介质分：
¾ 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器； ¾ 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器
• 按存储方式分：
¾ 随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存 取，且存取时间和存储单元的物理位置无关；
¾ 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间 和存储单元的物理位置有关。
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半导体存储器的组成
半导体存储器组成的框图如下图所示。它一般由存储体、 地址选择电路、输入输出电路和控制电路组成。
可编程的只读存储器（PROM）
• PROM是指芯片出厂时初始信息为全1或全 0的只读存储器（如图5.13），芯片出厂 时，开关管T1与数据线之间Fra Baidu bibliotek熔丝相连。 用户可根据自己的需要，用电或光照的方 法写入所需要的信息（熔断或保留熔丝以 区分1和0）。但一经写入后，就只能读 出，不能再更改（熔断后不能再连通）。
只读存储器-掩膜ROM
2. 存储矩阵和输出缓冲电路
W0 W1 W2 W3
输出缓冲器
ROM中存放的数据
存储矩阵
EN EN EN EN EN
D3 A1 A0 D3 D2 D1 D0
D2 0 0 0 0 1 1
D1 0 1 0 1 1 1 10 1 0 0 1
D0 1 1 1 1 1 1
交叉点处接有二极管时相当于存1，没接二极管时相 当于存0。
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C、读写控制电路 读写控制电路包括读写放大器、数据寄存
器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输 入输出的通道。
外界对存储器的控制信号有读信号RD、 写信号WR和片选信号CS。
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只读存储器-掩膜ROM
1.地址译码器 VCC
W0=A1A0
A1
1
A0
1
雷鑑铭
W0 W1 W2 W3
VCC
R
A Y=AB
• 根据制造工艺及应用功能不同，只读存储 器分为掩膜ROM、PROM、EPROM、 EEPROM等几大类。
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随机存储器（RAM）
• 在RAM中，又可以分为双极型（Bipolar）和MOS RAM两大类。
• 双极型RAM的特点：存取速度高；以晶体管的触发 器作为基本存储电路，故管子较多；集成度较低 （与MOS相比）；功耗大；成本高。双极型RAM 主要用在速度要求较高的微型机中或作为cache。
半导体存储器的特点
• 速度快，存取时间可到ns级； • 集成度高，不仅存储单元所占的空间小，而且译码电路
和缓冲寄存器、读出写入电路等都制作在同一芯片中。 目前已达到单片1024Mb（相当于128M字节）。 • 非破坏性读出，即信息读出后存储单元中的信息还在， 特别是静态RAM，读出后不需要再生。 • 信息的易失性（对RAM），即断电后信息丢失。 • 信息的挥发性（对DRAM），即存储的信息过一定时间 要丢失，所以要周期地再生（刷新）。 • 功耗低，特别是CMOS存储器。 • 体积小，价格在不断地下降。