数字电子技术基础 第七章 半导体存储器

电路结构
地 址 输 入
列地址译码
CS R/W
地址输入 地址译码器：行地址译码选出一行，列地址译码选出一列（或几列）
CS＝0 片选有效，可进行读 写 R/w＝1 执行读操作 R/w＝0 执行写操作
2114RAM（1024×4位）
7.4
存储器容量的扩展
的总位数。 字 — word 位 — bit
1. 存储容量 存储器存储数据的能力，为存储器含存储单元
电子技术 数字电路部分
第七章
半导体存储器
第七章 半导体存储器 本章的重点：
1．存储器的基本工作原理、分类和每种类型存储器的特 点； 2．扩展存储器容量的方法； 3．用存储器设计组合逻辑电路的原理和方法。 因为存储器几乎都作成LSI器件，所以这一章的重点内容 是如何正确使用这些器件。存储器内部的电路结构不是课程 的重点。
256511 512767 7681023
7.5
用存储器实现组合逻辑函数
ROM的每个输出都是由地址输 入的最小项之和的形式给出的，因 此可以用来实现组合逻辑函数。 一个ROM的数据表 A1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 D3 0 1 0 1 D2 1 0 1 1 D1 0 1 1 1 D0 1 0 1 0 输出 函数
1 1 1 1
译 码 器
m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15
编 码 器
Y1 Y2 Y3 Y4
输入 变量
逻辑结构示意图
n 个 输 入 变 量
A0 A1 译 m0 m1 mi m2n-1
码 器
An-1
与门阵列
… … 或门
… … 或门
…
或门阵列
… … 或门
2n个与门构成 n 位 二进制译码器 , 输 出2n 个最小项。
Z0
(D0)
Z1
(D1)
…
Zb-1
(Db-1)
b 个输出函数
Z0 m1 mi m2n 1 D0
•PROM：所有的存储单元均为0或1，可根据需要改写一次 存入数据（编程）的方法：熔断法，PN结击穿法 •EPROM：可根据需要改写多次，将存储器原有的信息抹去，再 写入新的信息，允许改写几百次 方法：利用雪崩击穿，采用特殊的雪崩注入MOS管或叠栅注入MOS管 擦除方式：紫外线照射 特点：擦除操作复杂，速度慢，正常工作时不能随意改写 •E2PROM：允许改写100～10000次 方法：利用隧道效应，采用具有两个栅极的特制NMOS管和一个普通NMOS
数据输出
b 位数据
…… …… …… ……
地址输入
Db-1 Db-1 An-1
2n×b ROM
A0 A1
An-1
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）
存储容量 = 字数 位数
1k 1 : 1024 个字
1k 4 : 1024 个字 256 8 : 256 个字
每个字 1 位
每个字 4 位 每个字 8 位
存储容量 1 k
存储容量 4 k 存储容量 2 k 存储容量 1024k（1M）
64 k 16: 64 k 个字 每个字 16 位
RAM
静态RAM：SRAM 动态RAM：DRAM
由制造工艺分：
双极型 MOS型
7.2 只读存储器（ROM）
掩模 ROM
分类 说明:
可编程 ROM（PROM — Programmable ROM）
可擦除可编程 ROM（EPROM — Erasable PROM）
掩模 ROM 生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定， 不能更改
管
擦除方式：加电 特点：擦除操作简单，速度快，正常工作时最好不要随意改写 •Flash Memory:快闪存储器 方法：采用特殊的单管叠栅MOS管，写入用雪崩注入，擦除利用隧道效应 擦除方式：加电 特点：擦除操作简单，集成度高，容量大
7.3
7.3.1
随机存储器RAM
静态随机存储器RAM
行 地 址 译 码 存储矩阵 读 写 控 制 I/O
7.4.2
字扩展方式
例：用256字×8位RAM组成1024字×8位存储器。 4片256×8位的RAM，构 特点：必须使用译码器。 成1024×8位的RAM
并联
并联
译 码 器
方法：片内地址信号并联；多余地址端 通过译码器接至各片的片选端；I/O同 名端并联。
4片256×8位的RAM，构 成1024×8位的RAM
本章的难点：
在本章的重点内容中基本没有难点。
第七章
§7-1 概述
半导体存储器
§7-2 只读存储器ROM
§7-3 随机存储器RAM §7-4 存储器容量的扩展 §7-5 用存储器实现组合逻辑函数
7.1 概述
存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导 体器件。 用途：在计算机或数字系统中存储数据。 与寄存器的区别：以字为单位存取，每字包含若干位。各个字 的相同位通过同一引脚与外界联系。每个字分配一个地址，因此内 部有地址译码器。
编程 时VCC 和字 线电 压提 高
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， 且输出低电平，同 时相应的字线和VCC 提高到编程电平， 将对应的熔丝烧断。
八 条 位 线
20V
编程脉冲 十几微秒 缺点：不能重复擦除。
Y1=m2+m3+m6+m7 Y2=m6+m7+m10+m14 Y3=m4+m14 Y4=m2+m15 列出数据表：
不可编程
打点处有二极管
ROM的简化表示方法。
ROM 应用举例
Y1= m (2,3,4,5,8,9,14,15） 用 ROM 实现 以下逻辑函数
A B C D
Y2= m (6,7,10,11,14,15） Y3= m (0,3,6,9,12,15） Y4= m (7,11,13,14,15）
NMOS管存储矩阵 交叉点处接有MOS管时相当于存1，没有MOS管 时相当于存0。交叉点的数目称为存储单元数，用 4（字数）×4（位数）表示。
•固定ROM电路结构简单，集成度高 •组合逻辑电路
7.2.2
PROM
产品出厂时存的全是1，用户可一次性写 入，即把某些1改为0。但不能多次擦除。
存储单元多采用熔丝－－低熔 点金属或多晶硅。写入时设法在 熔丝上通入较大的电流将熔丝烧 断。
半导体存储器能存储大量二值信息，是数 字系统不可缺少的部分
1、衡量指标
存储量 存储速度 2、种类 只读存储器（Read-Only Memory ROM） 随机存储器（Random Access Memory RAM）
ROM
掩模ROM 可编程ROM：PROM 可擦除可编程ROM：EPROM 电抹可编程ROM（E2PROM）
W2
或 门 阵 列
(编码器)
D 3 D 2
D3 D2 D1 D0
位 线
D 1 D 0
二极管或门
EN
2.工作原理 按组合电路进行分析。 存储矩阵是四个二极管或门；
二－四线 译码器
D 当EN=0时， i D i 。
D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0
存储矩阵
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
一、ROM 的结构示意图 1. 基本结构
An1 ~ A0 — n 位地址
Db1 ~ D0 —
最高位 最低位 D0 D1 D0 D1 A0 A1
PROM 内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改 紫外光擦除（约二十分钟） 存储数据可以更改，但改写麻烦，工作时只读
EPROM
EEPROM 或 E2PROM 电擦除（几十毫秒）
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
地 址 输 入 地 址 译 码 器 输 出 缓 冲 器 数 据 输 出
A 9 A8 0 0 Y0=0
A7A6A5A4A3A2A1A0 CS=0 字线
000000000 11111111 000000000
…… …… …… ……
0255
0 1 1 0 1 1
Y1=0 Y2=0 Y3=0
11111111 000000000 11111111 000000000 11111111
Z1 m0 m1 mi D1
. . .
Z b-1 m0 m1 mi m2n 1 Db-1
例7.5.1 用ROM设计八段字符译码器，以输入地址A3A2A1A0为 DCBA，以输出数据D0D1……D7作为a,b,……,g,h
输入变量
例7.5.2 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：
•ROM 的基本工作原理 1. 电路组成
+VCC
Vcc
1
A1