第七章半导体存储器
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第七章用ROM实现组合逻辑函数
S CO
A
例5分析图示电
B1
路
C1
D1
1
1
CTT Q3Q2Q1Q0
CTP CR
74161 CO
LD D3 D2 D1D0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
W X Y Z
1、74161组成模几计数器。 模16计数器 2、写出W,X,Y,Z的函数表达式。W DC A DCBA DCBA
第七章 半导体存储器
本章重点：
1.熟悉种类、特点和用途，有哪些信号线，工 作原理和结构一般了解，
2.性能：容量、速度 3.应用：容量的扩展；设计组合逻辑函数
六、 ROM的简单应用
（1） 用于存储固定的数据、表格 （2） 码制变换 （3） 用户程序的存贮 （4） 构成组合逻辑电路
例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。
3、在CP作用下，分析WXYZ X DDA CBA DCBA DCBA DCBA
端顺序输出8421BCD码的状态，Y DBA DCA DCB DCBA
并说明电路的功能。
Z B DC DA DCA
WXYZ顺序输出3141592653589793的8421BCD码，电路为一 个能产生十六位π的函数发生器。
地址码
输出
A2 A1 A0 D4 D3 D2 D1 D0 0000 0000 0011 1111 0101 0001 0111 0001 1001 1111 1011 0100 1101 0010 1111 0001
写出最小项之和表达式
D4=∑m(1~7） D3=∑m(1、4） D2=∑m(1、4、5） D1=∑m(1、4、6） D0=∑m(1~4、7） R字符占用存储单元：
A
例5分析图示电
B1
路
C1
D1
1
1
CTT Q3Q2Q1Q0
CTP CR
74161 CO
LD D3 D2 D1D0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
W X Y Z
1、74161组成模几计数器。 模16计数器 2、写出W,X,Y,Z的函数表达式。W DC A DCBA DCBA
第七章 半导体存储器
本章重点：
1.熟悉种类、特点和用途，有哪些信号线，工 作原理和结构一般了解，
2.性能：容量、速度 3.应用：容量的扩展；设计组合逻辑函数
六、 ROM的简单应用
（1） 用于存储固定的数据、表格 （2） 码制变换 （3） 用户程序的存贮 （4） 构成组合逻辑电路
例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。
3、在CP作用下，分析WXYZ X DDA CBA DCBA DCBA DCBA
端顺序输出8421BCD码的状态，Y DBA DCA DCB DCBA
并说明电路的功能。
Z B DC DA DCA
WXYZ顺序输出3141592653589793的8421BCD码，电路为一 个能产生十六位π的函数发生器。
地址码
输出
A2 A1 A0 D4 D3 D2 D1 D0 0000 0000 0011 1111 0101 0001 0111 0001 1001 1111 1011 0100 1101 0010 1111 0001
写出最小项之和表达式
D4=∑m(1~7） D3=∑m(1、4） D2=∑m(1、4、5） D1=∑m(1、4、6） D0=∑m(1~4、7） R字符占用存储单元：
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
第七章 半导体存储器 半导体存储器的分类
第七章 半导体存储器数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。
存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。
半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。
目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。
存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。
半导体存储器的分类根据使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM —Random Access Memory ）和只读存储器（ROM —Read-Only memory ）。
按照存储机理的不同，RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。
存储器的容量存储器的容量=字长（n ）×字数（m ）7.1随机存取存储器（RAM ）随机存取存储器简称RAM ，也叫做读/写存储器，既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。
RAM 的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
一． RAM 的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。
存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出入图7.1—1 RAM 的结构示意框图1. 存储矩阵RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。
图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。
属多字1位结构，1024个字排列成32×32的矩阵，中间的每一个小方块代表一个存储单元。
为了存取方便，给它们编上号，32行编号为X 0、X 1、…、X 31，32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。
这样每一个存储单元都有了一个固定的编号（X i 行、Y j 列），称为地址。
11113131131********列 译 码 器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......X X X Y Y Y 0131131A A A A A A A A A A 地 址 输 入地址输入0123456789D D数据线....图7.1－5 1024×1位RAM 的存储矩阵2． 址译码器址译码器的作用，是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。
《半导体存储器》课件
04
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
第7章半导体讲义存储器
存储器与CPU的接口
存储器与CPU连接时需考虑的问题： 1．CPU总线的带负载能力
CPU通过总线与ROM、RAM及输入/输出接口 相连接时的负载能力； 2．存储器组织、地址分配
存储器的类型
只读存储器 ROM
半 导 体 存 储 器
随机存储器 RAM
掩膜ROM
可编程ROM
电可擦PROM EEPROM
光可擦PROM EPROM
双极型 MOS型
静态 动态
存储器的性能指标
存储器的性能指标
包括存储容量，存取速度，可靠性及性能价格比。 l存储容量：指每个存储器芯片所能存储的二进制 数的位数，用存储单元数与存储单元字长（或数据 线位数）的乘积来描述。
l 掩膜ROM：通过掩膜技术制作或不制作晶体管栅 极实现的。
l PROM：为了弥补ROM成本高和不能改变其内容 的不足，出现了一种由用户编程且只能写入一次的 PROM。出厂时PROM为熔丝断裂型，未写入时每 个基本存储电路都是一个带熔丝的三极管或二极管。 编程后丝断为“1”，未断者为“0”。
只读存储器ROM
6116(2K*8)的技术指标：采用CMOS工艺制造，单 +5V电源，额定功率160mW，典型存取时间200ns， 24线双列直插式封装。
随机读写存储器RAM
l DRAM：基本存储电路为带驱动晶体管的电容，电容上 有无电荷被视为逻辑1和0，容量大，功耗低，结构简单， 集成度高，生产成本低。但由于电容漏电，仅能维持2ms左 右，故需要专门电路定期进行刷新，以维持其中所存的数 据。现在用得内存大多数是由DRAM构成的。
随机读写存储器RAM
l SRAM：用双稳态触发器作存储单元存放1和0， 存取速度快，电路简单，不需刷新。但集成度较低， 功耗较大，成本较高，容量有限，只适用于存储容 量不大的场合。
数字电路第7章教程
数
据
位线 输
出 端
位扩展
8片1024×1位RAM接成1024×8位的RAM。
字扩展
4片256×8位的RAM接成1024 ×8位的RAM。
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
例7.5.2 试用ROM产生如下一组多输出逻辑函数
Y1 ABC ABC
YY23
ABCD ABCD
BCD AB ABCD
7.3 随机存储器（RAM)
R. andom A. ccess M. emory 优点：读、写方便,使用灵活。
缺点：一旦停电所存储的数据将随之丢失（易
失性）。
基本结构：地址译码器、存储矩阵和读\写控
制电路构成。
P368图7.3.2
7.4 存储容量的扩展
存储容量＝ 字数×位数
地址输入端
字线
存储容量＝ 22×4＝4×4
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。
按存储 功能分
只读存储器（ROM） 随机存储器（RAM）
按制造 工艺分
双极性 MOS型
பைடு நூலகம்
7.2 只读存储器（ROM)
Read Only Memory
优点：电路结构简单，断电后数据不丢失，具
有非易失性。
缺点：只适用于存储固定数据的场合。
第七章
半导体存储器
教学内容
§7.1 概述 §7.2 只读存储器 §7.3 随机存储器 §7.4 存储容量的扩展 §7.5 用存储器实现组合逻辑函数
教学要求
1.了解二极管、晶体管ROM的基本结构 和存储单元结构；会用ROM实现组合逻 辑函数。
2.熟悉RAM的结构和操作过程；了解 RAM的扩展方式。
第7章 半导体存储器 48页PPT
图7.2.12给出了E2PROM存储单元在三种不同工作状 态下各个电极所加电压的情况。
（a）读出状态 （b）擦除（写1）状态 （c）写入（写0）状态
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
三、快闪存储器（Flash Memory）
采用与EPROM中的叠栅MOS管相似的结构，同 时保留了EEPROM用隧道效应擦除的快捷特性。理 论上属于ROM型存储器；功能上相当于RAM。
若浮置栅上不带有电荷，则FAMOS管截止， 源极－漏极间可视为开路，所存信息是1。
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
不带电 -截止 -存1
(a)浮置栅MOS管的结构 (b)EPROM存储单元
2019年
图7.2.6 浮置栅EPROM
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
随机存储器和只读存储器的根本区别在于，正常 工作状态下可以随时向存储器里写入数据或从中读出 数据。
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（Static Random Access Memory，简称SRAM）和动态存储器（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM）。
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
返回
图7.3.2 1024 4位RAM（2114） 的结构框图
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
返回
图7.3.3 六管NMOS静态存储单元
静态存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而 构成的。因此，它是靠触发器的自保功能存储数据的。
图7.6.8 改进的两相无比型动态MOS 移位寄存单元
《半导体存储器》PPT课件
存储时间—存储器读出（或写入）数据的时间。一般用 读（或写）周期来表示。
.
04.12.2020
3
存储器的写操作：
地址寄存器
101
地 址 译 地址总线 码 器来自数据寄存器10010001
按字节组织的存储器阵列
0
11 000010
1
10 111010
2
01 100000
3
11 001101
4
11 110001
1. 固定ROM（掩模ROM ） 厂家把数据“固化”在存储器中，用户无法进 行任何修改。使用时，只能读出，不能写入。
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进行 编程，但只能编程一次。
用户对PROM编程是逐字逐位进行的。
首先通过字线和位线选择需要编程的存储单元，
04.12.2020
8
2.二极管ROM 二极管固定ROM举例
0 （1）电路组成：
01
由二极管与门和或门构成。
（2）ROM电路的工作原理
二 极 管 的 结 构 图
ROM
与门阵列组成译码器，或 门阵列构成存储阵列。
01 10 01
04.12.2020
11
. 9
（2）输出信号表达式
与门阵列输出表达式：
28××××系列的芯片都是E2PROM 。
.
04.12.2020
14
三、快闪存储器（Flash Memory）
闪存是一种高密度的读/写型存储器（高密度表 示更大的存储容量），也是非易失性的存储器，这意 味着数据可以在没有电源供电的情况下保存。存储器 中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与 EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入100万次 以上。
半导体存储器
第七章半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。
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少的组成部分。
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容量和更快的存取速度。
通常都把存储量和存取速度作为评价存储器性能的重要指标。
目前动态存储器的容量已达到109位每片，一些高速随机存储器的存取时间为10ns左右。
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和输出直接引出。
为了解决这个问题，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存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。
半导体存储器的种类很多，从功能上可以分为只读存储器和随机存储器两大类。
只读存储器在正常工作状态上只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数据。
ROM的优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失，它的缺点是只适用于存储那些固定数据的场合。
只读存储器中又有掩模ROM、可编程ROM和可擦除的可编程ROM几种不同类型。
掩模ROM 中的数据在制作时已经确定，无法更改。
PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了。
EPROM里的数据则不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有更大的使用灵活性。
随机存储器与只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。
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和动态存储器。
由于动态存储器存储单元的结构非常简单，所以它能达到的集成度远高于静态存储器。
但是动态存储器的存取速度不如静态存储器快。
7.2 只读存储器(ROM)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中电路结构ROM的电路结构框图地址译码器：将输出的地址代码翻译成相应的控制信号，把指定单元选出，其数据送输出缓冲器输出缓冲器❖提高存储器带负载的能力❖实现输出状态三态控制，与系统总线连接地址译码器存储矩阵输出缓冲器WW1W2－1nAA1An－1三态控制信息单元(字)存储单元……………存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。
第7章半导体存储器PPT资料30页
Digital Electronics Technolo15g.0y5.2020
7.2 只读存储器ROM
浮栅上电荷可长期保存－ －在125℃环境温度下，70% 的电荷能保存10年以上。
擦除：用紫外线或X射线擦 除。需20~30分钟。
缺 点 ： 需 要 两 个 MOS 管 ； 编程电压偏高；P沟道管的开 关速度低。
7.2 只读存储器ROM
三、可擦除的可编程只读存储器（EPROM）
（一）紫外线擦除的只读存储器（UVEPROM） 最早出现的EPROM。通常说的EPROM就是指这种。 1. 使用FAMOS管（Floating-gate Avalanche-Injuction
MOS，浮栅雪崩注入MOS管）
写入：管子原来不导 通。在漏源之间加上较 高电压后（如-20V）， 漏极PN结雪崩击穿，部 分高速电子积累在浮栅 上，使MOS管导通。
7.2 只读存储器ROM
16字×8位的PROM
十六条字线
读出时，读出放 大器AR工作，写入放 大器AW不工作。
写入时，在位线
输入编程脉冲使写入 放大器工作，且输出
八 条
低电平，同时相应的 位
字 线 和 VCC 提 高 到 编 线 程电平，将对应的熔
丝烧断。
缺点：不能重复擦除。
Digital Electronics Technolo15g.0y5.2020
输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，以 便和系统的总线相连。
Digital Electronics Technolo15g.0y5.2020
7.2 只读存储器ROM
1. 工作原理 以2位地址输入和4
为数据输出的ROM为 例，其存储矩阵是四 组二极管或门：
7.2 只读存储器ROM
浮栅上电荷可长期保存－ －在125℃环境温度下，70% 的电荷能保存10年以上。
擦除：用紫外线或X射线擦 除。需20~30分钟。
缺 点 ： 需 要 两 个 MOS 管 ； 编程电压偏高；P沟道管的开 关速度低。
7.2 只读存储器ROM
三、可擦除的可编程只读存储器（EPROM）
（一）紫外线擦除的只读存储器（UVEPROM） 最早出现的EPROM。通常说的EPROM就是指这种。 1. 使用FAMOS管（Floating-gate Avalanche-Injuction
MOS，浮栅雪崩注入MOS管）
写入：管子原来不导 通。在漏源之间加上较 高电压后（如-20V）， 漏极PN结雪崩击穿，部 分高速电子积累在浮栅 上，使MOS管导通。
7.2 只读存储器ROM
16字×8位的PROM
十六条字线
读出时，读出放 大器AR工作，写入放 大器AW不工作。
写入时，在位线
输入编程脉冲使写入 放大器工作，且输出
八 条
低电平，同时相应的 位
字 线 和 VCC 提 高 到 编 线 程电平，将对应的熔
丝烧断。
缺点：不能重复擦除。
Digital Electronics Technolo15g.0y5.2020
输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，以 便和系统的总线相连。
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7.2 只读存储器ROM
1. 工作原理 以2位地址输入和4
为数据输出的ROM为 例，其存储矩阵是四 组二极管或门：
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
《半导体存储器》PPT课件_OK
T3
主
从
1位
图7-2-2 动态CMOS移存单元
当CP=1时，主动态反相器接收信息，从动态反相器保持原存
信息；CP=0时，主动态反相器保持原存信息，从动态反相器随9 主
动态反相器变化。每经过一个CP，数据向右移动一位。
7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器
１．动态移存器 动态移存器可用动态CMOS移存单元串接而成，主要用来组 成顺序存取存储器(SAM)。
• ••
CS1
• ••
21
图7-3-6 RAM的位
２．字扩展
适用于位数（字长）够用，但字数不够的情况。 如： 8K×8 → 32K×8 增加地址线。
D0
D7
•••
•••
•••
•••
I/O7···I/O0 VDD
OE 6264Ⅰ 1
GND
CS2
R/W A12 ···A0CS1
I/O7···I/O0 VDD
•••
A2 译
A3
码 X15 器
T0
1,1 位线 16,1
1,16 位线 16,16
I/O电路 G1 1
D
EN
G2
1
I/O
•
EN
T0' T15
T15'
1 EN G3
Y0 (列)
•••
Y15
Y 地址译码器
D G4 &
& G5
A4 A5 A6 A7
图7-3-1 256×1位RAM 示意图
CS
R/W
25
返回
第7章 半导体存储器
• 教学内容 ： 半导体存储器的特点、分类及主要技术指标 ； 顺序存取存储器（SAM）； 随机存取存储器（RAM） ；
主
从
1位
图7-2-2 动态CMOS移存单元
当CP=1时，主动态反相器接收信息，从动态反相器保持原存
信息；CP=0时，主动态反相器保持原存信息，从动态反相器随9 主
动态反相器变化。每经过一个CP，数据向右移动一位。
7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器
１．动态移存器 动态移存器可用动态CMOS移存单元串接而成，主要用来组 成顺序存取存储器(SAM)。
• ••
CS1
• ••
21
图7-3-6 RAM的位
２．字扩展
适用于位数（字长）够用，但字数不够的情况。 如： 8K×8 → 32K×8 增加地址线。
D0
D7
•••
•••
•••
•••
I/O7···I/O0 VDD
OE 6264Ⅰ 1
GND
CS2
R/W A12 ···A0CS1
I/O7···I/O0 VDD
•••
A2 译
A3
码 X15 器
T0
1,1 位线 16,1
1,16 位线 16,16
I/O电路 G1 1
D
EN
G2
1
I/O
•
EN
T0' T15
T15'
1 EN G3
Y0 (列)
•••
Y15
Y 地址译码器
D G4 &
& G5
A4 A5 A6 A7
图7-3-1 256×1位RAM 示意图
CS
R/W
25
返回
第7章 半导体存储器
• 教学内容 ： 半导体存储器的特点、分类及主要技术指标 ； 顺序存取存储器（SAM）； 随机存取存储器（RAM） ；
8半导体存储器和可编程逻辑器件
第7章 常用时序逻辑功能器件 8.3 可编程逻辑器件 (PLD)
数字集成电路 标准IC 微处理器MPU 专用集成电路ASIC（80年代）
第7章 常用时序逻辑功能器件 3. 逻辑结构示意图 (1) 中大规模集成电路中门电路的简化画法 ABCD A 与门 & B D Y A B D A 或门 ≥1 B Y A BC C 连上且为硬连接，不能通过编程改变
Y
Y
编程连接，可以通过编程将其断开 断开
第7章 常用时序逻辑功能器件
数据；当R/W=1时G3打开，G1和G2处于高阻状态，读出数据。 在CS=1时： G1、G2和 G3处于高阻状态，不工作。
第7章 常用时序逻辑功能器件 8.1.2 RAM 容量的扩展 (一) 位扩展 地址线、读/写控制线、片选线并联 输入/ 输出线分开使用 如：用 8 片 1024 1 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAM O I00
最高位
…… …… …… ……
地址输入
2n×b ROM
A0 A1
An-1
第7章 常用时序逻辑功能器件 2. 内部结构示意图
地址译码器 存储单元 A0 A1
地 址 输 入
W0 W1
Wi
0单元 1单元
字 线
i 单元 2n-1单元
An-1
W2n-1
位线 D0 D1 Db-1
数据输出
ROM 存储容量 = 字线数 位线数 = 2n b（位）
D3 D2 D1 D0
位 线
D 1 D 0
二极管或门
EN
输出信号的逻辑表达式 字线： W0 m0 A1 A0
第7章 常用时序逻辑功能器件 2. 工作原理 V
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二极管构成的存储单元
地址译码器(与阵列) 存储矩阵（或阵列） A1A0是地址线 W0-W3字线 D0-D3位线
D3 W1 W3 A1A0 A1A0 D2 W0 W1 W D1 W1 W3 D0 W1 W0
为与或式
存储容量字线数×位线数（4×4位）
每个字线和位线的交叉点就是一个存储单元， 有二极管时存1，无二极管存0
为了提高擦写的可靠性，通常会增加一个选通 管T2
浮栅上有电子时，读出1， 无电子时，读出0
Flotox管读出状态
字线加5V电压，控制栅3V 字线电压不是直接加在栅上，
避免了每次读出时都在栅极 施加脉冲电压，对氧化层造 成损害
擦除状态（写入1）
控制栅和字线均加20V， 10ms宽的脉冲，漏区接0。 Gf和漏区间有较大的电场， 将吸引漏区电子进入浮栅， 使Flotox管的开启电压达 到7V，存储单元存1.
浮栅未注入电荷，则 读出0
紫外线擦除
右图为256*1位的 EPROM
二、E2PROM（电擦除）
紫外线擦除操作复杂
基本存储单元浮栅隧道氧化物MOS管(Flotox)， 与SIMOS类似（区别在于浮栅与漏区间的氧化 层很薄）
浮置栅-SiO2-漏区构成了电容结构，为了使落 入隧道区的电场尽量高，通常要求该电容非常 小，因此隧道区面积要尽量小
地址译码器+存储器
分类：
只读存储器（ROM）在正常工作状态下只能从中
读取数据，不能快速地修改或重新写入数据。ROM 优点是电路结构简单，断电不丢失数据。
固定ROM（掩膜ROM） 可编程ROM（PROM） 可擦除的可编程ROM （EPROM）
随机存储器（RAM）在正常工作状态下就可以随
时向存储器进行读写操作。
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM） 目前的存储器大多采用CMOS工艺
7.2 只读存储器
7.2.1掩膜ROM 存储器中的数据由制作中的掩膜板决定 结构：地址译码器、存储矩阵、输出缓冲器
地址译码器：根据输入的地址产生控制信号 输出缓冲器：提高存储器的带负载能力
对输出状态的三态控制
熔丝：低熔点金属或多晶硅
PROM加入了读/写放大器：
读出时所需电压低，写入时经稳压管所需 电压高，仍为ROM
编程时根据地址译码器的输入和字线D来加编 程脉冲
在Di处加20V高电压脉冲，写入放大器输出低 电平，三极管有较大电流流过，需要存储0的 单元的熔丝熔断
熔丝一旦熔断，写入的数据不可改变
第七章 半导体存储器
只读存储器（ROM） 可编程：PROM 可擦除：EPROM
随机存储器（RAM） 动态：DRAM 静态：SRAM
存储器容量的扩展
7.1 概述
半导体存储器：能存储大量二值信息的 半导体器件。
指标：存储容量1G位/片 存取速度10纳秒
半导体存储器引脚数目有限，所以每个存储单 元均需编写了一个地址，只有被输入地址代码 选中的那些存储单元才能与公共的输入/输出 引脚接通，进行数据的读写。
写入（写入0）状态
将浮栅的电子拉入漏极
E2PROM的写入和擦除虽然可以通过电的方法 实现，但是其擦写时间太长，而且需要较高的 电压脉冲来实现，因此并不能经常进行擦除和 写入操作
E2PROM的每个存储单元也需要两个MOS管
三、快闪存储器（Flash Memory）
存储单元与SIMOS类似，区别在于浮置栅与 衬底之间氧化层更薄
改进后的结构：SIMOS
由SIMOS构成的UVEPROM
叠栅注入MOS管（NMOS） 两个栅极：控制栅（Gc）和浮置栅（Gf）
Gc：控制读出和写入 Gf：长期保存注入电荷
编程方法：在漏源间加高电压（20-25V），同时Gc加25V 高压脉冲，电子进入浮置栅 浮栅上注入电子后：阈值电压升高
浮栅上有电荷：正常 工作电压下，MOS管 截止，读出1
采用浮置栅与村底间有隧道区，厚度仅为1015纳米。
单管电路，集成度高。
写入时，在控制栅加12V的电压脉冲，漏极 （位线）接6V电压，漏源间雪崩击穿，部分电 子到达浮置栅，开启电压变为7V
擦除时，控制栅加0V电压，源极加12V、100微 秒正脉冲，浮栅电子释放，开启电压降至2V以 下
与Flotox相比，快闪存储器由于所有的MOS管 源极是连接在一起的，所以所有存储单元均被 擦除（写入时则通过W、D选择写入单元）
7.2.3 可擦除的PROM（EPROM）
最早的EPROM是用紫外线照射进行擦除mable
Read-Only Memory，简称UVEPROM），
后来出现用电信号可擦除的可编程ROM （Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称E2PROM)。
由MOS管构成的存储矩阵
输出缓冲是一个三态的非门 D3在W1或W3 为1时，输出1
存储单元数=字数×位数=2N ×M， N=地址线数，M=输出端数。
7.2.2可编程只读存储器(PROM)
PROM的结构与掩膜ROM类似 在每个交叉点都加入了存储元件（存入了1）
在存储单元加熔丝， 根据需要决定是否将熔丝熔断
常用的快闪存储器（Flash Memory）也是一 种用电信号擦除的可编程ROM。
一．EPROM（UVEPROM） 写入电压几十伏，读出电压几伏。 基本单元：浮栅MOS管（FAMOS管） 浮置栅：处于二氧化硅层中
在漏源间加上很高的负电压(-45V)，电子进入 浮栅；高压消失后，电子保留在浮栅中
电子进入浮栅后，会使MOS管阈值电压的绝 对值降低，即处于导通状态
若编程后，FAMOS处于导通状态， 那字线被选中时，位线读出1
若编程后，FAMOS的浮栅中没有电 子（截止），那位线读出0
擦除的方法：紫外线或X射线照射FAMOS的 栅极氧化层，则SiO2层中产生电子空穴对， 浮栅中的电子放电
FAMOS存储单元缺点：需两个MOS管，编程 电压较高，PMOS结构工作速度慢
7.3 随机存储器
随机读写存储器（RAM），读写方便 数据易失 SRAM和DRAM