数字逻辑电路第7章半导体存储器
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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”。
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
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。
第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件 PPT资料共119页
1. 半导体存储器的分类 （1）按存取方式分类
只读存储器 （Read Only Memory，ROM）
ROM存放固定信息,只能读出信息,不能写入信息. 当电源切断时,信息依然保留.
随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）
RAM可以随时从任一指定地址读出数据,也可以 随时把数据写入任何指定的存储单元.
地址
A1 A0 00 01 10 11
数据
F0 F1 F2 F3 0100 1001 0110 0010
F0=A1A0 F1=A1A0+ A1A0 F2=A1A0+ A1A0 F3=A1A0
ROM实际是一种组合电路结构。
④ 阵列图
1
A1
1
A0
与阵列： 表示译 码器。
&&&&
≥1
F0
或阵列： 表示存
Sector-Erase time:18ms (2k words)
Block-Erase time: 18ms (32k words) 擦除次数：100000次 保存时间：100年
快闪存储器存储单元
叠栅MOS管剖面示意图
信息写入
与EPROM相同
0 状态： 利用雪崩注入的方法使浮栅充电，相当于存储0；
第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件
7.1 概述
1. 集成电路分类
（1）标准中小规模集成电路
包括门、触发器、计数器、译码器、数据选择器。
标准产品的特点是：批量大，成本低，价格便宜。是数字系统传统 设计中使用的主要逻辑器件。
缺点是：器件密度低，所构成的数字系统规模大，印刷线路板走线 复杂，焊点多，使电路的可靠性差，功耗大。
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
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 。
数字电路逻辑设计 第七章半导体存储器1ppt课件
一半导体存储器芯片，共有4K个存储单元，每个单元 存储8位二进制信息，那么该芯片的存储容量是 4K×8bits或4K字节，简称4KB。
字节数
存
〔4K个字节数〕
储
器
……
字节长B 〔一个字节8bits〕
7.2 顺序存取存储器〔SAM〕
Sequential Access Memory
7.2.1 动态CMOS反相器 7.2.2 动态CMOS移存单元 7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器
7.3.2 RAM存储单元
1、静态MOS RAM〔SRAM〕
来自行地 址译码器
的输出
由于数据由触发器记忆，只需不断电，信息就可 以永久保管。 采用CMOS管，所以静态功耗极小。
7.2.1 动态CMOS反相器
１．电路构造
由 传 输 门 和 CMOS 反 相 器 组 成 。 电 路 中 T1 、 T2 栅 极的寄生电容C是存储信息 的主要“元件〞。
VDD CP
T2
+
TG1
vI
CP
–
CR
+
T1
vO
•–
图7-2-1 动态CMOS反相器
２．MOS管栅电容C的暂存作用
栅电容C充电迅速，放电缓慢，因此可以暂存输入信息。假 设每隔一定时间对C补充一次电荷，使信号得到“再生〞，可长 期坚持C上的1信号，这一操作过程通常称为“刷新〞。
容量：存储单元总数〔bit〕，一个根本存储单元能存 储１位(Bit)的信息，即一个0或一个1。
1Kbit=1024bit=210bit 128Mbit=134217728bit=227bit 字长：一个芯片可以同时存取的比特数，存储器的读写 操作是以字为单位的，每一个字可包含多个位。
字节数
存
〔4K个字节数〕
储
器
……
字节长B 〔一个字节8bits〕
7.2 顺序存取存储器〔SAM〕
Sequential Access Memory
7.2.1 动态CMOS反相器 7.2.2 动态CMOS移存单元 7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器
7.3.2 RAM存储单元
1、静态MOS RAM〔SRAM〕
来自行地 址译码器
的输出
由于数据由触发器记忆，只需不断电，信息就可 以永久保管。 采用CMOS管，所以静态功耗极小。
7.2.1 动态CMOS反相器
１．电路构造
由 传 输 门 和 CMOS 反 相 器 组 成 。 电 路 中 T1 、 T2 栅 极的寄生电容C是存储信息 的主要“元件〞。
VDD CP
T2
+
TG1
vI
CP
–
CR
+
T1
vO
•–
图7-2-1 动态CMOS反相器
２．MOS管栅电容C的暂存作用
栅电容C充电迅速，放电缓慢，因此可以暂存输入信息。假 设每隔一定时间对C补充一次电荷，使信号得到“再生〞，可长 期坚持C上的1信号，这一操作过程通常称为“刷新〞。
容量：存储单元总数〔bit〕，一个根本存储单元能存 储１位(Bit)的信息，即一个0或一个1。
1Kbit=1024bit=210bit 128Mbit=134217728bit=227bit 字长：一个芯片可以同时存取的比特数，存储器的读写 操作是以字为单位的，每一个字可包含多个位。
数字电路08第七章半导体存储器课件
脉冲, 电子通过隧道区从浮置栅极Gf向漏极释放
区别于EPROM的hot-electron injection
这种称为 tunnel injection 书上称为隧道效应或称隧道注入
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PPT学习交流
12
三、快闪存储器Flash Memory
按结构又分为NOR Flash和NAND Flash。基本单元为SIMOS--叠栅 注入MOS，特点是浮栅Gf与衬底间SiO2更薄10~15nm(相比EPROM 的30~40nm,E2PROM的20nm)，Gf与源极S有极小的重叠区，即隧 道区。下面主要指的是NOR Flash。
PPT学习交流
23
(二) FRAM原理
FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储。铁电效应是指在铁电 晶体上施加一定的电场时, 晶体中心原子在电场的作用下运动，并达 到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位 置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部 能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需 要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶 体所固有的一种偏振(电)极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存 储器的内容不会受到外界条件(诸如磁场因素)的影响，能够同普通 ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。
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!
PPT学习交流
1
分类：
非挥发存储器（Non-Volatile Memory--NVM）
掩模ROM
可编程ROM (PROM--Programmable ROM)
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
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数据线： I O0 ~ I O7 地址线： A0 ~ A7 , A8 , A9 读/写信号： R W
每片RAM占用 1024 个地址中的 256 个
4片RAM地址分配如下表所示 A9 A8 作为扩展地址，分别以 00、 01 、 10、 11作为RAM(1) ~ RAM(4), 的片选信号，分配的地 址范围是0 ～ 255 、 256 ～ 511 、 512 ～ 767 、 768 ～ 1023
②随机读/写 （Random-Access-Memory） 静态RAM
动态RAM
2、从工艺分： ①双极型 ②MOS型
7.2 只读存储器（ROM）
ROM的基本电路结构
7.2.1 掩模ROM 举例
A0~An-1
W0
D0
W(2n-1)
Dm
地
A1
址
A0 D3
数
D2
据
D1 D0
0 0
0 1
0 1
1 0
1 1
地
A1
址
A0 D3
数
D2
据
D1 D0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 0 1
1 0 0 0
地址译码器是一个与阵列，它的输出包含了输入地址变量的 全部最小项，每一条字线对应一个最小项； 存储矩阵是一个或阵列，每一位输出数据都是将地址译码器 输出的一些最小项相加。
结论：用具有n位输入地址和m位 数据输出的ROM可以获得一组 （最多m个）任何形式的n变量组 合逻辑函数。
2. E2PROM （electrically erasable programmable ROM ）总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同 为克服紫外线擦除的 EPRO M擦除慢，操作复杂的缺 点
采用FLO TO X(浮栅隧道氧化层MO S管)
G f 与漏区之间有小的隧道区，当场强大到一定程度时， 在漏区和G f 之间出现导电隧道，电子可以双向通过形成电流， 这种现象称为隧道效应。
7.4.2 字扩展方式 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
A0 ......A7 , A8 , A9R W
1024 x 8 RAM
数据线： I O0 ~ I O7 地址线： A0 ~ A7 读/写信号： R W 片选信号： CS
7.2.4 利用ROM实现组合逻辑函数 从ROM的数据表可见： 若把ROM的输入地址A1A0看作输入逻辑 变量，将输出数据D3D2D1D0看作一组输 出逻辑变量，那么输入输出之间实现的 就是一组多输出的组合逻辑函数：
A0 A1 A0 D3 F3 ( A1 , A0 ) A1 A0 A1 A0 D2 F2 ( A1 , A0 ) A1 A0 A1 A0 A1 A0 D1 F1 ( A1 , A0 ) A1 A0 D0 F0 ( A1 , A0 ) A1
7.3.1 RAM的基本结构与工作原理 以SRAM为例
7.3.2 存储单元
6只N沟道增强型MOS管 组成的静态存储单元
T1 ~ T4组成基本的锁存器，作 存储单元
T5 ~ T8是门控管，起模拟开关 的作用
T5和T6受控于地址译码器的输 出
T7和T8决定存储单元是否与输 入输出 电路I/O相连，受控于列地址译 码器
熔丝由易熔合金制成 出厂时，每个结点上都 有 编程时将不用的熔断 ！ ！ 是一次性编程，不能改 写
7.2.3 可擦除的可编程ROM EPROM E2PROM 总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同 1. EPROM （erasable programmable ROM） 叠栅注入MOS管（stacked-gate injection metal-oxidesemiconductor，SIMOS管）
第七章
半导体存储器
7.1 半导体存储器概述
能存储大量二值信息的器件 一、一般结构形式 ！单元数庞大 ！输入/输出引脚数目有限
输 入 出 电 路 输入/出 控制
/ I/O
二、分类 1、从存/取功能分： ①只读存储器 (Read-Only-Memory）
掩模ROM 可编程ROM 可擦除的可编程EPROM
7.3 随机存取存储器（RAM）
也称随机读/写存储器 根据工作原理的不同，分为：
1. 静态随机存储器（static RAM，SRAM） 存储单元是以双稳态锁存器或触发器为基础构成的 电源不变信息不会丢失 不需刷新 集成度较低
2. 动态随机存储器（dynamic RAM，DRAM） 存储原理以MOS管栅极电容为基础 电路简单 集成度高 需定时刷新
RAM标号 （1） （ 2） （ 3） 地址分配A9A8(A7…A0) 00(00000000)~00(11111111) 0~255 01(00000000)~01(11111111) 256~511 10(00000000)~10(11111111) 512~767
（ 4）
11(00000000)~11(11111111) 768~1023
Gc : 控制栅 G f : 浮置栅
用SIMOS管构成的存储单元
工作原理： 若G f 上充以负电荷，则 Gc 处正常逻辑高电平下不 导通 若G f 上未充负电荷，则 Gc 处正常逻辑高电平下导 通
“写入”：在叠栅管的 D S上同时加上较高电压（ 25V）， 漏源间形成导电沟道， 沟道内电子获得动能， 在受到G c上所加正电压的电场吸 引下， 部分电子穿过 SiO 2到达G f , 形成注入电荷 “擦除”：紫外线穿过 EPROM芯片上的石英窗口 照射到叠栅上，使 G f 周围的二氧化硅绝缘层 产生 少量的空穴和电子对， 形成导电通道，从而使 Gf 上 的电子回到衬底中。
1 0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0Leabharlann 个概念： • 存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元”，存储单元 中有器件存入“1”，无器件存入“0”
• 存储器的容量：“字数 x 位数”
掩模ROM的特点： 出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产 简单，便宜，非易失性
7.2.2 可编程ROM 可编程ROM（programmable ROM,PROM） 总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同
只有相应的行、列地址 都被选中时，T7 ～T8同时导通，存储单元 的锁存器才与输入输出 电路相连，此时读写操 作才有效。
7.4 存储器的扩展
7.4.1 位扩展 指存储器字数不变，只增加存储器的位数 接法：将各片存储器的地址线、读/写信号线、片选信号线 对应地并接在一起。
例：用256 x 1的RAM→ 256 x 4位的存储系统