第五章 半导体存储器电子教案
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电子教案《数字电子技术》 第六章(教案)第6章 半导体存储器
《数字电子技术》教案第6章半导体存储器6.1随机存取存储器（RAM）1．半导体存储器的概念半导体存储器是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器件，具有品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，被广泛应用于数字电子设备中。
2．半导体存储器的分类：（1）按照使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。
（2）按照制造工艺的不同，半导体存储器可分为双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。
（3）按照存储原理的不同，半导体存储器可分为静态和动态两种。
6.1.1 RAM的基本结构随机存取存储器简称RAM，也称作读/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；其缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
如图6-1所示为RAM的内部结构图，由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输入/输出控制、片选控制等部分组成。
图6-1 RAM的内部结构图1．存储矩阵存储矩阵是RAM的核心部分，主要用来存储数据信息，其电路结构为寄存器矩阵。
2．地址译码器图6-3 输入/输出控制电路（1）当选片信号CS 1=时，5G ，4G 输出为0，三态门0G ，1G ，3G 均处于高阻状态，输入/输出（/I O ）端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作。
（2）当CS 0=时，芯片被选通。
① 当/1R W =时，5G 输出高电平，3G 被打开，于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O 端，存储器执行读操作。
② 当/0R W =时，4G 输出高电平，1G ，2G 被打开，此时加在/I O端的数据以互补的形式出现在内部数据线上，并被存入到所选中的存储单元，存储器执行写操作。
6.1.3 RAM 的工作时序 1．读操作时序分析如图6-4所示为RAM 操作时序图。
图6-4 RAM 读操作时序图由图6-4可知，读操作过程主要包括以下几点：（1）欲读出单元的地址加到存储器的地址输入端ADD 。
[工学]第5章 半导体存储器
![[工学]第5章 半导体存储器](https://img.taocdn.com/s3/m/cb606c1b1711cc7931b716dd.png)
（又称为2K ×8）
h （8-22）
RAM2114、2116的管脚图
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
CS GND
1
18 VCC
2
17 A7
3
16 A8
4
15 A9
5
14 D0
6
13 D1
7
12 D2
8
11 D3
9
10 R / W
RAM 2114 管脚图
A7 A6
A5 A4 A3
A2 A1 A0 D0 D1 D2
存储器位扩展：数据位数扩展，地址字数不变；
存储器字扩展：地址字数扩展，数据位数不变。
h （8-5）
§5.2 只读存储器( ROM )
只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。因此， 只能读出，不能随时写入。 5.2.1 ROM的基本结构及工作原理 基本结构:地址译码器、存储矩阵和输出电路
h （8-6）
W0 W1 W2 W3 A1
1 A0
1
D3 D2 D1 D0
h （8-9）
缺点
h （8-10）
使用 MOS 管的ROM：字线和位线间有 MOS 管的单元存 储 “1”，无 MOS 管的单元存储 “0”。
h （8-11）
固定 ROM:其存储单元中的内容在出厂时已被 完全固定下来，使用时不能变动。
h （8-14）
ROM实现组合逻辑函数
W0 W1 W2 W3 A1
1
A0 1
地址 内容
A1 A0 00 01 10 11
D3 D2 D1 D0 01 01 10 11 0100 1110
D3
D3A1A0A1A0
D2
h （8-22）
RAM2114、2116的管脚图
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
CS GND
1
18 VCC
2
17 A7
3
16 A8
4
15 A9
5
14 D0
6
13 D1
7
12 D2
8
11 D3
9
10 R / W
RAM 2114 管脚图
A7 A6
A5 A4 A3
A2 A1 A0 D0 D1 D2
存储器位扩展：数据位数扩展，地址字数不变；
存储器字扩展：地址字数扩展，数据位数不变。
h （8-5）
§5.2 只读存储器( ROM )
只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。因此， 只能读出，不能随时写入。 5.2.1 ROM的基本结构及工作原理 基本结构:地址译码器、存储矩阵和输出电路
h （8-6）
W0 W1 W2 W3 A1
1 A0
1
D3 D2 D1 D0
h （8-9）
缺点
h （8-10）
使用 MOS 管的ROM：字线和位线间有 MOS 管的单元存 储 “1”，无 MOS 管的单元存储 “0”。
h （8-11）
固定 ROM:其存储单元中的内容在出厂时已被 完全固定下来，使用时不能变动。
h （8-14）
ROM实现组合逻辑函数
W0 W1 W2 W3 A1
1
A0 1
地址 内容
A1 A0 00 01 10 11
D3 D2 D1 D0 01 01 10 11 0100 1110
D3
D3A1A0A1A0
D2
《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。
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。
第5章半导体存储器及其接口ppt课件
片选：使某一芯片的CS为有效来选中该
芯片。
➢ 字选：在被选中的芯片内部再选择某一
➢
存储单元。
片选信号由存储器芯片的外部译码电路产生， 需设计。
字选信号由存储器芯片的内部译码电路产生， 无需设计。
存储器的地址选择方法由三种： ① 线性选择法； ② 全译码选择法； ③ 部分译码选择法。
1. 线性选择法 直接用CPU地址总线中的某一高位线作为存
片选
片内译码
X…X 0 0 (选中第一组)
0 0 0 … 0 0 …0 1 1 1… 1 1 …1
5.4.2 数据线及控制线的衔接
1. 数据线的衔接 假设存储芯片的数据线根数与CPU一样，那么直
接相连；假设存储芯片的数据线比CPU少，那么要进 展位扩展。 2. 控制线的衔接
CPU与存储器相关的控制信号有：存储器恳求信 号〔如8086的M/IO〕和读写控制信号〔RD、WR〕。 这些控制信号可以参与译码控制，也可直接与存储芯 片的控制输入端相连。总的原那么是能正确确定存储 器的读写形状，使CPU能顺利完成呼应的读写操作。
➢ 集中刷新 ➢ 在信息保管允许的时间范围〔如2ms〕 ➢ 内，集中一段时间对一切根本存储单元 ➢ 一行一行地顺序进展刷新。 ➢ 分散刷新 ➢ 每隔一段时间刷新一次，刷新操作与 ➢ CPU操作无关。 ➢ 异步刷新 ➢ 在一个指令周期中，利用CPU不进展访 ➢ 问存储器操作时进展刷新的方法。
图5-7 DRAM控制器逻辑图
DRAM是利用电容存储电荷的原理保管信息的。 为防止电容逐渐放电使信息丧失，DRAM需求在预 定的时间内不断进展刷新。
所谓刷新就是把写入到存储单元的数据读出， 经过放大器放大后再写入该单元。
DRAM的刷新是一行一行进展的，每刷新一行 的时间称为刷新周期。刷新的方式有三种：集中刷 新、分散刷新和异步刷新。
微机原理半导体存储器PPT学习教案
是计算机的重要组成部分，是CUP最重要的系统资源之一。
CPU与存储器的关系如下图所示。
第五章 半导体存储器 3
第2页/共52页
CPU
寄存器组 AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SI
DI BP SP
DS
ES
地
SS
址
CS
加
法
IP
器
数据暂存器
运 算 器
指4 令3 队2 列1
第6页/共52页
第五章 半导体存储器 7
5.1.2 存储器的分类
小结
第五章 半导体存储器 8
第7页/共52页
5.1.3 存储器的主要性能指标
存储器性能指标主要有：
存储容量、存储速度、可靠性、功耗
存储容量：反映存储器可存储信息量的指标。以字数×每个字的字长表示。
如 某存储器存储容量为64K×8位，即64K字节。
辅助存储器（外存，External Memory） 用来存放不经常使用的程序和数据， CPU不能直接访问它。属计算机的外部 设备,是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既可 以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成 对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。
缓冲存储器（缓存，Cache Memory） 位于主存与CPU之间，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。
• 写允许时钟缓冲器：用以控制 DOUT 芯片的数据传送方向；
• 128读出放大器：与4个 128×128存储阵列相对应，接 收由行地址选通的4×128个存 储单元的信息，经放大后，再写 回原存储单元，是实现刷新操作 的重要部分； • 1/128行、列译码器： 分别用 来接收7位的行、列地址，经译 码后，从128×128个存储单元 中选择一个确定的存储单元，以
CPU与存储器的关系如下图所示。
第五章 半导体存储器 3
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CPU
寄存器组 AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SI
DI BP SP
DS
ES
地
SS
址
CS
加
法
IP
器
数据暂存器
运 算 器
指4 令3 队2 列1
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第五章 半导体存储器 7
5.1.2 存储器的分类
小结
第五章 半导体存储器 8
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5.1.3 存储器的主要性能指标
存储器性能指标主要有：
存储容量、存储速度、可靠性、功耗
存储容量：反映存储器可存储信息量的指标。以字数×每个字的字长表示。
如 某存储器存储容量为64K×8位，即64K字节。
辅助存储器（外存，External Memory） 用来存放不经常使用的程序和数据， CPU不能直接访问它。属计算机的外部 设备,是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既可 以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成 对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。
缓冲存储器（缓存，Cache Memory） 位于主存与CPU之间，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。
• 写允许时钟缓冲器：用以控制 DOUT 芯片的数据传送方向；
• 128读出放大器：与4个 128×128存储阵列相对应，接 收由行地址选通的4×128个存 储单元的信息，经放大后，再写 回原存储单元，是实现刷新操作 的重要部分； • 1/128行、列译码器： 分别用 来接收7位的行、列地址，经译 码后，从128×128个存储单元 中选择一个确定的存储单元，以
微机原理第5章半导体存储器(精)
2
高速缓冲存储器(Cache)。这个存储器 所用芯片都是高速的,其存取速度可与微处 理器相匹配,容量由几十K～几百K字节,通常 用来存储当前使用最多的程序或数据。
内存储器,速度要求较快(低于Cache),有一 定容量(受地址总线位数限制),一般都在几十 兆字节以上。
3
外存,速度较慢,但要求容量大,如软盘, 硬盘,光盘等。其容量可达几百兆至几十个 GB,又称“海量存储器”,通常用来作后备存 储器,存储各种程序和数据,可长期保存,易于 修改,要配置专用设备。
M / IO
•
1
前1K
A11
•
1
后1K
23
前 1K A =0 11 0000000000000000 ～ 0000001111111111B 即 0000～03FFH
后 1K A =1 11 0000100000000000 ～0000101111111111B 即 0800～0BFFH
可见,地址不连续!
选用存储器时,存取速度最好选与CPU 时序相匹配的芯片。另外在满足存储器总 容量前提下,尽可能选用集成度高,存储容量 大的芯片。
14
5.2 读写存储器RAM
5.2.1 静态RAM(SRAM) SRAM的基本存储电路由6个MOS管
组成,为双稳态触发器，其内部结构请自 己看书。
⒈ 2114存储芯片,为1K*4位
27
图中数据总线驱动器采用74LS245,其逻
辑框图与功能表三态如下:
门
A
•
•B
使能 方向控制
G
DIR
操作
&
•
•
0
0
BA
0
1
AB
高速缓冲存储器(Cache)。这个存储器 所用芯片都是高速的,其存取速度可与微处 理器相匹配,容量由几十K～几百K字节,通常 用来存储当前使用最多的程序或数据。
内存储器,速度要求较快(低于Cache),有一 定容量(受地址总线位数限制),一般都在几十 兆字节以上。
3
外存,速度较慢,但要求容量大,如软盘, 硬盘,光盘等。其容量可达几百兆至几十个 GB,又称“海量存储器”,通常用来作后备存 储器,存储各种程序和数据,可长期保存,易于 修改,要配置专用设备。
M / IO
•
1
前1K
A11
•
1
后1K
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前 1K A =0 11 0000000000000000 ～ 0000001111111111B 即 0000～03FFH
后 1K A =1 11 0000100000000000 ～0000101111111111B 即 0800～0BFFH
可见,地址不连续!
选用存储器时,存取速度最好选与CPU 时序相匹配的芯片。另外在满足存储器总 容量前提下,尽可能选用集成度高,存储容量 大的芯片。
14
5.2 读写存储器RAM
5.2.1 静态RAM(SRAM) SRAM的基本存储电路由6个MOS管
组成,为双稳态触发器，其内部结构请自 己看书。
⒈ 2114存储芯片,为1K*4位
27
图中数据总线驱动器采用74LS245,其逻
辑框图与功能表三态如下:
门
A
•
•B
使能 方向控制
G
DIR
操作
&
•
•
0
0
BA
0
1
AB
第5章半导体存储器 45页PPT
1. 存储器的性能指标 存取速度是指从CPU给出有效的存储器地址到存 储器输入或输出有效数据所需要的时间 对存储器的要求是容量大、速度快、可靠性高、 成本低，但在一个存储器中难以全部达到.目前在 计算机系统中，采用分级结构
8
5.1.2 存储器的性能指标与分级结构
2. 存储器的分级结构 目前采用较多的是3级存储器结构,即高速缓冲存储 器（Cache）、内存和辅存.
2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接 （2）译码法
使用译码器对系统总线中字选余下的高位地址线 进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片选信号
29
5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接 （2）译码法
常用典型译码器：74LS138（3-8译码器），其引线与功 能如下图：
27
例：连接容量为4K×8的存储器，若用2K×8 的存储器芯片，共需多少片？共需多少根 地址线？几根作字选线？几根作片选线？
• 共需: (4k*8)/(2k*8) = 2片 • 总共地址线：4K = 212, 12根 • 字选线：2K = 211， 11根 • 片选线：12-11 = 1根
28
5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
22
5.3 存储器与CPU的接口
单个芯片的接口：以6116（2K*8）芯片为例
A10—A0
CP U
D7 —D0
CB
0 1 2 … …
2K-1
…
……
存储单元 （1byte）
6116芯片
23
5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
若存储器由多个芯片组成，如何连接？
•地址译码器从芯片上选出存储单元，称为字选. •字选只要从地址总线的最低位A0开始。把它们与存 储器芯片的地址线依次相连即可完成. •而存储器芯片则由地址总线中剩余的高位线来选择， 这就是片选
8
5.1.2 存储器的性能指标与分级结构
2. 存储器的分级结构 目前采用较多的是3级存储器结构,即高速缓冲存储 器（Cache）、内存和辅存.
2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接 （2）译码法
使用译码器对系统总线中字选余下的高位地址线 进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片选信号
29
5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接 （2）译码法
常用典型译码器：74LS138（3-8译码器），其引线与功 能如下图：
27
例：连接容量为4K×8的存储器，若用2K×8 的存储器芯片，共需多少片？共需多少根 地址线？几根作字选线？几根作片选线？
• 共需: (4k*8)/(2k*8) = 2片 • 总共地址线：4K = 212, 12根 • 字选线：2K = 211， 11根 • 片选线：12-11 = 1根
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5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
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5.3 存储器与CPU的接口
单个芯片的接口：以6116（2K*8）芯片为例
A10—A0
CP U
D7 —D0
CB
0 1 2 … …
2K-1
…
……
存储单元 （1byte）
6116芯片
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5.3.1 存储器芯片与地址总线的连接
若存储器由多个芯片组成，如何连接？
•地址译码器从芯片上选出存储单元，称为字选. •字选只要从地址总线的最低位A0开始。把它们与存 储器芯片的地址线依次相连即可完成. •而存储器芯片则由地址总线中剩余的高位线来选择， 这就是片选
大学微机原理半导体存储器详解演示文稿
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。
PROM基本存储电路
PROM的写入要由专用的电路（大
电流、高电压）和程序完成。
第17页，共36页。
第5章 半导体存储器
5.3.2 可擦除的PROM 一、EPROM（紫外线可擦除） 用户可以多次编程。用紫外线照射可全部擦除原有信息（擦除后内容 全为“1” ），便可再次改写。
一、RAM原理
构成
存储体（R-S触发器构成的存储矩阵） 外围电路 译码电路、缓冲器
I/O控制电路
0
0
地
1
1
数
址
存储
据
n位 译
矩阵
缓
地址 码 2n-1
m
冲
器
器
m位 数据
CS 控制 逻辑
R/W
存储芯片构成示意图
第6页，共36页。
第5章 半导体存储器
地址译码器：
接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片
3. 按存储器的功能来分类 ✓按存储器与CPU的关系分类
控制存储器CM 、主存储器MM 、高速缓冲存储器Cache 、
外存储器EM ；
✓按存储器的读写功能分类 读写存储器RWM 、只读存储器ROM；
✓按数据存储单元的寻址方式分类
随机存取存储器RAM 、顺序存取存储器SAM 、直接存取存储器DAM ；
内存储单元的选址。
控制逻辑电路：
接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号， 控制数据的读出和写入。
数据缓冲器：
寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。
存储体：
存储体是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。
不可再次改写。
PROM基本存储电路
PROM的写入要由专用的电路（大
电流、高电压）和程序完成。
第17页，共36页。
第5章 半导体存储器
5.3.2 可擦除的PROM 一、EPROM（紫外线可擦除） 用户可以多次编程。用紫外线照射可全部擦除原有信息（擦除后内容 全为“1” ），便可再次改写。
一、RAM原理
构成
存储体（R-S触发器构成的存储矩阵） 外围电路 译码电路、缓冲器
I/O控制电路
0
0
地
1
1
数
址
存储
据
n位 译
矩阵
缓
地址 码 2n-1
m
冲
器
器
m位 数据
CS 控制 逻辑
R/W
存储芯片构成示意图
第6页，共36页。
第5章 半导体存储器
地址译码器：
接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片
3. 按存储器的功能来分类 ✓按存储器与CPU的关系分类
控制存储器CM 、主存储器MM 、高速缓冲存储器Cache 、
外存储器EM ；
✓按存储器的读写功能分类 读写存储器RWM 、只读存储器ROM；
✓按数据存储单元的寻址方式分类
随机存取存储器RAM 、顺序存取存储器SAM 、直接存取存储器DAM ；
内存储单元的选址。
控制逻辑电路：
接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号， 控制数据的读出和写入。
数据缓冲器：
寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。
存储体：
存储体是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。
微机原理半导体存储器
• 如 386或486微机： 物理存储器CPU能够访问旳存储器，是232字节（32
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。
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。
chap05_半导体存储器(精)
2020/1/24
-28-
(2)线选择
根据芯片容量，将低位地址作片内编址，将剩下 的高位地址线直接作为片选信号，称为线选择法。
线选的优点是简单，不需附加地址译码电路，但 它不能充分利用地址空间。
不同的地址线作片选控制，地址分配不同，注意 重叠区。
2020/1/24
-29-
(3) 部分(局部)译码选择法
-10-
5.2 只读存储器ROM
ROM是非易失型存储器，掉电时不会丢失。在运行 时只能读出，不能写入，通常用来存放固定的程 序，如监控程序、汇编程序等。(AT89C51单片机 内部集成FLASH EPROM)
2020/1/24
-11-
ROM的主要类型
MROM（掩膜mask ROM）
采用掩膜工艺直接制作,不可更改，只适合存储固定程 序和数据。(批量生产)
8000H-9FFFH C000H-DFFFH 应把程序和数据放在基本地址范围内.
片内寻址
2020/1/24
-33-
5.4.3 对外部RAM的连接(仅要求静态RAM)
8031与静态RAM6116(2KB)的连接 6116 2K*8位 AB线,11条,A7-A0:P0.7-P0.0经74LS373锁存后与
存储器的存储容量越大,存取速度越快,计算机的运行速度 就会越快.
2020/1/24
-2-
5.1 半导体存储器基础
存储器可分为内存储器和外存储器两大类. 内存储器简称内存,外存储器简称外存,是计算机
的一种重要外部设备.
2020/1/24
-3-
PC机存储器的层次结构
高速缓存（Cache）(内存->高速缓存->CPU)
第5章 半导体存储器52757-PPT课件
允许用户多次擦除和编程 EEPROM（E2PROM）：采用加电方法在线
进行擦除和编程，也可多次擦写 Flash Memory（闪存）：能够快速擦写的
EEPROM，但只能按块（Block）进行擦除
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典型EPROM、EEPROM 芯片介绍
EPROM EPROM 2716 EPROM 2764
64 选
0
址
1
缓 冲
译 码 63
输入 DIN 缓冲
输出 DOUT 缓冲
2 选 1 译 码
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DRAM 4116的读周期
TRC
-RAS 存储地址需要分两T批RA传S 送
行地址选通TR信CD号RAS*有T效CAS，开始传送行地址
-CAS TASR 随址后，C，TAR列ASH地*相址当选于通片信选号信C号AS*T有CA效H ，传送列地
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5.2.1 静态RAM
SRAM 的基本存储单元是触发器电路 每个基本存储单元存储1位二进制数 许多个基本存储单元形成行列存储矩阵 SRAM 一般采用“字结构”存储矩阵：
每个存储单元存放多位（4、8、16等） 每个存储单元具有一个唯一的地址
目录 上页 下页 结束
目录 上页 下页 结束
5.2 随机读写存储器
读写存储器RAM
类型
SRAM DRAM NVRAM
构成 触发器 极间电容 带微型电池
速度 快 慢 快
集成度 低 高 低
应用 小容量系统 大容量系统 小容量非易失
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随机存取存储器
静态RAM SRAM 2114 SRAM 6264
动态RAM DRAM 4116 DRAM 2164
进行擦除和编程，也可多次擦写 Flash Memory（闪存）：能够快速擦写的
EEPROM，但只能按块（Block）进行擦除
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典型EPROM、EEPROM 芯片介绍
EPROM EPROM 2716 EPROM 2764
64 选
0
址
1
缓 冲
译 码 63
输入 DIN 缓冲
输出 DOUT 缓冲
2 选 1 译 码
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DRAM 4116的读周期
TRC
-RAS 存储地址需要分两T批RA传S 送
行地址选通TR信CD号RAS*有T效CAS，开始传送行地址
-CAS TASR 随址后，C，TAR列ASH地*相址当选于通片信选号信C号AS*T有CA效H ，传送列地
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5.2.1 静态RAM
SRAM 的基本存储单元是触发器电路 每个基本存储单元存储1位二进制数 许多个基本存储单元形成行列存储矩阵 SRAM 一般采用“字结构”存储矩阵：
每个存储单元存放多位（4、8、16等） 每个存储单元具有一个唯一的地址
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5.2 随机读写存储器
读写存储器RAM
类型
SRAM DRAM NVRAM
构成 触发器 极间电容 带微型电池
速度 快 慢 快
集成度 低 高 低
应用 小容量系统 大容量系统 小容量非易失
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随机存取存储器
静态RAM SRAM 2114 SRAM 6264
动态RAM DRAM 4116 DRAM 2164
New_半导体存储器.pdf
用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路
C
A4
I3
A3
D1
O3
I2
A2
D2
O2
I1 I0
A1 ROM D3
A0
D4
O1 O0
CE
OE
查表功能 －－ 查某个角度的三角函数
把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作 为存放在该地址内的数据，这称为 “造表”。使用时， 根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数 值，这就称为“查表”。
码制变换 －－ 把欲变换的编码作为地址，把最终的 目的编码作为相应存储单元中的内容即可。
用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路
ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出控制电路三部分组成。
ROM（二极管PROM）结构示意图
位线
R
Y0
地址译码器 A1 A0
A1
Y1
A0 Y2
2 线-4 线
译码器 Y3
输出控制电路
M=44
+5V
R
R
R
存储 矩阵
字线
OE
D3
D2
D1
D0
当OE=0时
地址 内容
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 01 0 1 1
址·
A2
译·
A1
码·
A0
器 X31
列地址译码器
Y1
···
Y7
··· ···
···
7.1.1 ROM的基本结构
只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。(Read-Only Memory)
ROM的分类
二极管ROM
第5章半导体存储电路
2、状态转换图
3、 特性方程 Q D
五、不同功能触发器的相互转 换
JK触发器的功能最强，包含了SR、D、T触发 器所有的功能；
目前生产的触发器定型的只有D和JK触发器；
可用JK和D触发器实现其它功能触发器。
D——JK，T，T’； JK－D，T，T’
转换方法
将已知触发器的特性方程和待求的触发器 的特性方程进行比较；
下降沿触发
边沿触发
4、带异步置位和复位功能
高电平有效
二、动作特点
① Q的变化发生在CLK的上升沿或下降沿 ② Q*仅取决于CLK边沿时的输入信号，而与之 前、后的状态无关。
例5.3.3
5.3.3 脉冲触发的触发器
目的：
– 为了提高触发器工作的可靠性，希望在每一 个CLK周期里输出端的状态只能改变一次。
五、波形图
5.3 触发器（Flip-Flop）
• Why？
——为协调各部分的工作，常常要求某些 电路同时工作。
How？ ——需要一个同步信号（触发信号）叫做时钟
信号（CLOCK），简称时钟，用CLK表示。
5.3.1 电平触发的触发器
一、电路结构和逻辑符号
—同步SR触发器
不加o表示高 电平有效
控制电路
第5章 半导体存储电路
第5章 半导体存储电路
• 5.1 概述 • 5.2 SR锁存器 • 5.3 触发器 • 5.4 寄存器 • 5.5 存储器
存储单元
5.1 概述
1. 存储单元
——存储一位数据的电路
2. 寄存器
——存储一组数据的电路
3. 存储器
——存储大量数据的电路
1.存储单元
锁存器
1.静态触发器－自锁存储 触发器 2.动态触发器－MOS栅极电容充放电 无电荷为1
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例：4KB RAM的连接（用RAM芯片 2114组成）
（1）已知2114的容量为：1024×4；计算 出所需的芯片数
（2）构成数据总线所需的位数和系统所 需的容量
（3）控制线，数据线，地址线的连接： 有线选方式、局部译码选择方式和全局 译码选择方式之分。
A13 A12 A11 A10 A9～A0
RAM (随机，读写 同速，易失)
PROM
EPROM
EEPROM
FLASH ROM SRAM
动态随机存储器需要刷新 电路，静态不需要
静态随机存储器 速度：SRAM>DRAM
集成度：SRAM<DRAM
DRAM
功耗：SRAM>DRAM
单格：SRAM>DRAM
动态随机存储器
3 计算机存储器结构
一台计算机存储最基本的存储要求
用2114芯片组成4K RAM线选控制译码结构图
A15 ︰ A12 A11 A10 A9～A0
IO/M
CPU
WE
D7～D0
2/4 译码
地址分配
译 码 器
A9～A0
A9～A0 CS CS
2114 WE WE D7～D0 D7～D04
A9～A0
A9～A0 CS
2114 WE D7～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS
2114 WE D7～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS
2114 WE D7～D0 D7～D4
用2114芯片组成4K RAM局部译码结构图
6/64 译码
地址分配
A15～A10 A9～A0
IO/M CPU
WE
D7～D0
6：64 译 码 器
A9～A0 A9～A0 CS CS 2114 WE WE D7～D0 D7～D04
第五章 半导体存储器
1 存储器简介 2 存储器的分类 3 计算机存储结构 4 半导体存储器SRAM的结构 5 CPU与存储器的连接（重点）
1 存储器简介
存储器的定义：
<广义>信息的载体。
结绳记事→甲骨→竹简→雕刻→书画→U盘、硬盘、软盘、 光盘。信息的存储是各种科学技术得以存在和发展的基础。
74LS138的真值
CBA 000 001 010 011 100 101 110 111 ×××
Y7～Y0 11111110 11111101 11111011 11110111 11101111 11011111 10111111 01111111 11111111
有效输出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 无效
存储地址译码电路
74LS138经常用来作为存储器的译码电路。
A —1 B —2 C —3 G2A — 4 G2B — 5 G1 — 6 Y7 — 7 GND — 8
16 — VCC 15 — Y0 14 — Y1
13 — Y2 12 — Y3 11 — Y4 10 — Y5
9 — Y6
G1 001 001 001 001 001 001 001 001 其他值
软硬磁盘
磁鼓
机械式：打孔的带子 磁介质： 光存储器：LD, CD, DVD 半导体存储器：集成电路 铁电存储器 等等
动态磁媒介 磁带 （有机械运动）磁卡
磁墨水
磁芯
静态磁媒介
磁膜
（无机械运动） 磁泡
（老计 算机内 存）
半 导 体 存 储 器 分 类
2 存储器的种类
MASK ROM
ROM (只读，非易 失性)
1.用以暂时保存被处理的程序，数据，中间结果 和最后结果的内存能力
2.用以永久记录某些结果和程序以便将来再使用 的外存能力
同时对两项 能力的技术 指标是
高速度 ns级 大容量 G级 低成本 affordable 高可靠性
解决之道
从物理低端解决问题，工艺，技术上提升4项指标。
从存储体系结构上解决问题。 原理图
第二组： 0400H~07FFH
第三组： 0800H~0BFFH
第四组： 0C00H~0FFFH
全译码方式地址分布(地址无重叠)
地址分布
第一组： 0000H~00FFH 第二组： 0400H~07FFH 第三组： 0800H~0BFFH 第四组： 0C00H~0FFFH
存储时序上
并行：一次访问多个存储单元
交叉访问：访问一片存储单元，流水 线工作
虚拟存储器技术
4 半导体存储器SRAM内部结构
地
地 址 总
址
译…
码
存储矩阵 2n×N
线
器
控制逻辑
CS WR RD
三
态
数
缓
据
冲
总
器
线
5 CPU与存储器的连接
CPU时序与存储器时序的配合 CPU总线的负载能力 存储器的组成 存储芯片地址的分配
A9～A0
A9～A0 CS
2114 WE D7～D0 D～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS
2114 WE D7～D0 D7～D4
用2114芯片组成4K RAM全局译码结构图
线选译码方式地址分布(地址有重叠)
A15 A14 A13 A12 A11 A10
印刷存储技术（中国四大发明）
五大类信息 存储技术
缩微胶片存储技术（1839England） 磁存储技术（1898Denmark） 半导体存储技术（20世纪60年代）
光存储技术（20世纪70年代）
<狭义>计算机系统中专门用于存放一定量 数字信息的器件。
按 介 质 与 机 理 分 类
2 存储器的种类
00 11 10 00 11 01 00 10 11 00 01 11
地址分布
第一组： 3800H~3BFFH
第二组： 3400H~07FFH
第三组： 2C00H~2FFFH
第四组： 1C00H~1FFFH
局部译码方式地址分布(地址有重叠)
A11 A10
00 01 10 11
地址分布
第一组： 0000H~00FFH
D7～D0 WE RD
地址分配
A9～A0
A9～A0 CS OE 2114 WE D7～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS OE 2114 WE D7～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS OE 2114 WE D7～D0 D7～D4
A9～A0
A9～A0 CS OE 2114 WE D7～D0 D7～D4