第七章 半导体存储器2013
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。
数字电子第7章
动态存储单元——用MOS管的栅极电容实 现暂存信息，需要刷新。
动态存储单元的电路结构比静态存 静态RAM慢。
2114静态RAM
它的容量是4K（1024字4位）；有10条输入地址线 A0A9（210=1024），4条数据线I/O3I/O0，数据线都是 经三态门输出的。一个片选端CS，一个读写控制端R/W ，电源为+5V。
W0= A1A0
W1= A1A0
W2= A1A0
W3= A1A0
地址译码器
2－4线 译码器
A1,A0的四 个最小项
字线 位线
+VCC
A1
A0
W0
W0 =A1A0
地址译码器是 与逻辑阵列
只读存储器ROM
存储矩阵，共有16个 交叉点，每个交叉点是 一个存储单元，交叉点 接二极管，表示该单元 存“1”，不接，存“0”
A0
行 地
…
址
译
Ai
码 器
存储矩阵
读
写
I/O
控
制
电
路
列地址译码器
… Ai+1
An–1
CS R/W
合用一条双向数据线
*1、存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。每个 存储单元存放1位二进制数据。
存储器以字为单位组织内部结构， 常以字数和字长的乘积表示存储器的容量
例: 一个容量为256 × 4（256个字，每字4位）的存储器， 有1024个存储单元，这些单元可以排成32行× 32列的矩 阵，每行有32个存储单元，每4列存储单元连接在相同的列 地址译码线上，组成一个字列，即，每行可存储8个字，所 以图中有32根行地址选择线和8根列地址选择线。
《半导体存储器》课件
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。
数字电子技术—08第七章半导体存储器
7.4.2 字扩展方式 例：用256字×8位RAM芯片组成1024字×8位存储器。
需要片数N=4
目标存储器容量 N=
已有存储芯片容量
各片地址分配情况：
000H 100H 200H 300H
0FFH 1FFH 2FFH 3FFH
当要求字和位同时扩展时，先字扩展或先为扩展都可 以，最终结果都是一样的。
存储单元相对于EEPROM，只需要一个MOS管，结构简单，集 成度高，成本低。因为MOS管的源极是连在一起的，所以擦除时 按固定大小的存储容量(典型为128-512kbits) 整体擦除，所以叫 Flash Memory，用来形容擦除速度快。
和E2PROM相比，需要电压明显减小，这源于更薄的SiO2绝缘层。 Flash ROM具有在系统可编程(ISP, In-System Programmability) 的能力。在许多场合，Flash ROM也被直接称为E2PROM.
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!
光盘
硬磁盘
固盘
分类：
非挥发存储器（Non-Volatile Memory--NVM）
掩模ROM
可编程ROM (PROM--Programmable ROM)
NAND Flash 存储矩阵
X
8192M+256M Bit
列 (2k+64) Byte/Page×128 Page/Block×4096 Blocks
地
址 译
码 器
寄存器
Y 控制逻辑
I/O0
I/O1
I/O2
清华数字电路第七章 半导体存储器PPT课件
16.08.2020
数电
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)。
ROM可分为掩模ROM、可编程ROM（Programmable Read－Only Memory，简称PROM）和可擦除的可编程 ROM（Erasable Programmable Read－Only Memory， 简称EPROM）。
*掩模ROM在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据 写入存储器中，一旦ROM制成，其存储的数据就固 定不变，无法更改。
第七章 半导体存储器
内容提要
本章将系统地介绍各种半导体存储器的工作原理 和使用方法。半导体存储器包括只读存储器（ROM） 和随机存储器（RAM）。在只读存储器中，介绍了掩 模ROM、PROM和快闪存储器等不同类型的ROM的 工作原理和特点；而在随机存储器中，介绍了静态 RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。 此外，也介绍了存储器扩展容量的连接方法以及用存 储器设计组合逻辑电路，重点放在这里。
1. ROM的组成：
ROM电
路结构包含存
储矩阵、地址
译码器和输出
缓冲器三个部
分，其框图如
图7.2.1所示。
16.08.2020
数电
图7.2.1
7.2.1 掩模只读存储器
a.存储矩阵
存储矩阵是由许多存储单元排列而成。存储单元 可以是二极管、双极型三极管或MOS管，每个单元能 存放1位二值代码（0或1)，而每一个或一组存储单元有 一个相应的地址代码。
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。
半导体存储器
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM 实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。
7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的 重要组成部分。
半导体存储器分类如下：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）按制造工艺分，有双极型和MOS 型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM ）、随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM ）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM ）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
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
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：
模电课件第七章 半导体存储器和可编程逻辑器件
（2）可编程逻辑器件
（Programmable Logic Device，PLD）
可编程逻辑器件是20世纪70年代后期发展起来的一种功能特殊 的大规模集成电路，它是一种可以由用户定义和设置逻辑功能 的器件。 特点：结构灵活、集成度高、处理速度快、可靠性高
（3）微处理器
微处理器主要指通用的微处理机芯片，它的功能由汇编语言 编写的程序来确定，具有一定的灵活性。但该器件很难与其 他类型的器件直接配合，应用时需要用户设计专门的接口电 路。 微处理器是构成计算机的主要部件。目前除用作CPU外，多 用于实时处理系统。
2. PLD器件的连接表示方法 （1）PLD 器件的连接表示法
固定连接
可编程连接
不连接
（2）门电路表示法
1
A
A
A
1
A
A
A
反向缓冲器
A
&
B
F
C
ABC
&
F
与门
A
≥1
B
F
C
ABC
≥1
F
或门
缓（冲d）器
ABC
（3） 阵列图
1
1
1
& D=BC
& E=AABBCC=0 & F=AABBCC=0
& G=1
1）浮栅注入 MOS 管（FAMOS 管） 存储单元采用两只 MOS管 缺点：集成度低、击穿电压高、速度较慢
2）叠层栅注入 MOS 管（SIMOS 管）
层叠栅存储单元
叠层栅MOS管剖面示意图
控制栅 与字线 相连，控制信息的 读出和写入
浮栅 埋在二氧化硅绝缘层， 处于电“悬浮”状态， 不与外部导通，注入电 荷后可长期保存
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
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
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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） ；
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3
概 述
一、半导体存储器的分类
1、按存取方式分为只读存储器和随机存取存储器。 只读存储器ROM （ Read Only Memory） 在正常工作状态下，只能从存储器中读取数据，不能快 速地随时修改或重新写入数据。 数据具有非易失性，断电后数据不会丢失。 随机存取存储器RAM （Random Access Memory） 在正常工作状态下，可以随时向存储器写入或读出数据。 数据具有易失性，断电后数据会丢失。 2、按制造工艺分为TTL型和CMOS型。
只有当Xi=1，Yj=1时，触发器才与数据线接通，才能进行读/写操作。
2013-11-21
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7
概 述
例：一个容量为256×4的RAM存储器，共有1024个 存储单元，这些单元可以排成32×32的矩阵形式。
内存条
优盘
手机、数码相机用的存储卡等
电气工程学院 苏士美
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2013-11-21
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2
概 述
按照集成度划分，半导体存储器属于大规模的集成电路. 对存储器的操作通常分为两类： 写——即把信息存入存储器的过程。 读——即从存储器中取出信息的过程。 衡量存储器性能的主要指标是：“存储容量”和“存取速度”。 存储容量—存储器能存放二值信息的多少。单位是位或 比特（bit）。1K=210=1024，1M=210K=220。 存取速度—存储器读出（或写入）数据的时间。一般用 读（或写）周期来表示。
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111
第七章 半导体存储器
§7. 1 概述 §7. 2 只读存储器 ( ROM ) §7. 3 读写存储器 ( RAM )
2013-11-21
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駌ÿOÿO
1
§7. 1 概 述
半导体存储器是用来存储大量二值数据的半导体器件， 是电子计算机和许多现代数字系统中不可缺少的部分。
2013-11-21
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输出控 制电路
数据输入/输出 只读存储器的基本结构
如：1位、4位、8位（ 1字节（Byte） ）、16位。 字数
×
字长
如：容量为32k×8位
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概 述
u存储单元：存储器最基本的存储细胞。 如：静态RAM的存储单元：
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A1 A0
A1 A0 W0 W1 W2 W3
地址译码器由4个二极管与门组成。 2位地址线——4个地址代码， 由译码器将这些代码译成 W0~W3 4根线上的高电平信号。 存储矩阵由4个二极管或门组成。 各个地址对应的存储内容：
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例：P383 7.1.5
利用ROM构成任意波形发生器如图：改变ROM的内容，即可改变 波形。当ROM的内容如表所示时，画出输出端随CP变化的波形。
V0 = − R f × V REF (
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D0 2 D1 4 D 2 8 D3 + + + ) R R R R
T1——T4构成基本RS,用 于存放一位二进制数。 T1——T6存储单元。 T5、T6为这个存储单元的控制门，由行 选择线Xi控制： Xi=1，T5、T6通，触发器与位线接通； Xi=0，T5、T6止，触发器与位线断开。
T7T8为一列存储单元的控制门，由列选择线Yj控制： Yj=1，T7、T8通，数据线与位线通； Yj=0，T7、T8止，数据线与位线断开。
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概 述
2、地址译码器 存储器以字为单位进行数据的存取（读/写操作）。 为区别各个不同的字，给每个字赋予不同的地址代码， 在进行读/写操作时，可以按照地址来选择要访问的字单元。 地址译码器就用来实现地址的选择——“寻址”。 地址译码器的输入——地址线。 地址译码器的输出——字线， 每条字线控制存储矩阵中的一个字。 ①单译码方式： n条地址线 2n条字线 为2n个字提供地址 存储器的字数最多为2n个
C
I3 I2 I1 I0
A4 A3 A2 A1 A0 CE OE
D3 D2 D1 D0
O3 O2 O1 O0
实现方法：将输入看作地 址，输出作为存储内容，将 内容按地址写入ROM即可。
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00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111
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§7.2 只读存储器ROM
只读存储器属于组合逻辑电路。 固定ROM （掩膜ROM） ROM PROM 生产厂家，利用掩模技术，把数据 写入，固定不变，用户无法更改。 出厂时，存储的内容全部为1（或 0），用户可以根据自己的需要， 利用通用或专用的编程器将某些单 元改写为0（或1） 。 熔丝结构，用户可一次性编程。 数据由用户编程写入， 可以多次擦除改写。
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1、存储矩阵
概 述
地 址 输 入 地 址 译 码 器 控制信 号输入 存储 矩阵
存储矩阵由许多存储单元构成， 每个存储单元存放1位二值数据， 存储单元通常排列成矩阵形式。 u字、字长和存储容量的概念： 存储器以字为单位组织内部结构， 1个字包含1个或若干个存储单元， 1个字中所含的位数（存储单元个数） 称为“字长”。 存储器的容量
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0
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采用双译码结构的优点：可以大大减少 译码输出线的条数；使译码电路的规模 小、结构简单。 Am 译 码 器 储 矩 阵
例如：存储器容量为1k×1位 所需的地址线数是：10 单译码的译码（10/210）输出线有：210 双译码的译码（5/32）输出线有： 2×25
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每四列连在相同的列选择线上，为 一个字列；每字列可存32个字。 每行有32个存储单 元，可存8个字。
有32根行选择线 X0——X31，8根 列选择线Y0—— Y7，他们受控于 地址译码器。
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A1A0 00 01 10 11
高电平 W 0 字线
W1 W2
W3
D3D2D1D0 0101 1011 0100 1110
存 储 矩 阵
归纳： 字线和位线的交叉点为一个存 储单元，交叉点的数目就是存 储单元的数目； 每一条字线控制一个字单元。 交叉点接有二极管相当于存1； 交叉点没有二极管相当于存0；
可编程 ROM EPROM E2PROM
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
闪烁存储器
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一、固定ROM
VCC 地 址 译 码 器 字线 输出缓冲器 D3 D2 D1 D0 EN 位线
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列地址译码器 Am+1 An-1
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概 述
3、输入输出控制电路 用于对电路的工作状态进行控制。 控制信号一般包括片选信号和读/写控制信号： 片选信号有效，芯片被选中，可进行读/写操作。 读/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。 4096×8位存储器的数据线数为： 8
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只读存储器ROM
三、ROM简单应用：
ROM主要用于： （1）存储固定的专用程序和数据； （2）用来实现任意的组合逻辑电路。（如码制变换电路、查表电路） 实现方法： 将输入看作地址，输出作为存储内容，将内容按地址写入ROM即可。
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只读存储器ROM
例：ROM真值表已知，说明电路的功能 ROM真值表： A2 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1