随机存储器RAM和顺序存储器
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数据线4条，即字长为4； 控制线为 EN ，当它为低电平时，ROM的输出缓冲端打开，数 据输出。 9 自动化学院应用电子教学中心
8.2.3可编程只读存储器
PROM是一种使用者可进行一次编程的ROM。
PROM 由存储单元中的熔丝 是否熔断决定该存储单元所存 信息是 0 还是 1 ，熔丝未断，表 示存储信息1，熔丝烧断表示存 储信息0。 存储单元中的熔丝一旦被烧 断就不能恢复，因此 PROM 只 能写入一次。
自动化学院应用电子教学中心 6
...
列地址译码器
Ai 1
三态控制
...
An
图8.2.1 ROM总体结构框图
A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 X 31 器
Y0 Y1 Y7
X0 X1
列地址译码器
A7 A6 A5
图8.2.2 256×4位存储矩阵
每4列存储单元连接到一个共同的列地址译码线上 。 字：每次同时进行读/写操作的存储单元数，称为字。 字长：一个字中所含的二进制数据的位数，称为字长。 地址：每个字赋予的编号，称为地址。
EPROM的总体结构与PROM的总体结构基本相 同，只是采用了不同工作原理的MOS管作为存储单 元 ， EPROM 采 用 了 浮 栅 雪 崩 注 入 MOS 管 （FAMOS管）和叠栅注入MOS管（SIMOS管）、 E2PROM 采用了浮栅隧道氧化层 MOS 管（ Flotox 管）、 Flash 采用了闪烁叠栅 MOS 管，它们的最大 区别就在于漏源极之间导电沟道的形成条件不同。
自动化学院应用电子教学中心 7
8.2.2掩模只读存储器
A1
VDD
存储矩阵为 4×4 位，采用 单地址译码方式，输出缓冲器 由四个三态反相器构成。 无论W0～W3中哪根线上出现 高电平信号，存储矩阵中与高 电平字线相连的 MOS管导通， 位线出现低电平，其它情况位 线均位高电平。
地
A1 0 0 1 1
自动化学院应用电子教学中心 11
图8.2.6 FAMOS管结构图和符号
图8.2.7 SIMOS管结构图和符号
FAMOS 管 是 一 个 栅 极 “浮置”于 SiO2 层内的 P沟道增强型MOS管 。
SIMOS 管是一个 N 沟道增 强型MOS管，有两个重叠 的栅极——控制栅 Ge和浮 置栅Gf 。
存储矩阵 32行× 8列× 4位
EN
EN EN
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
EN
D3 ROM 256× 4 D2 D1 D0
列地址译码 A7
EN
输出缓冲器
A6
A5
（a） （b） 图8.2.4 256×4位ROM的逻辑结构框图和逻辑符号图 (a)逻辑结构框图 (b)逻辑符号图
地址线8条，采用双译码方式，存储容量为28＝256字；
8.2.2掩模只读存储器
8.2.3可编程只读存储器
8.2.4可擦除的可编程只读存储器
8.2.5用只读存储器实现组合逻辑函数
自动化学院应用电子教学中心
5
8.2.1 只读存储器的基本结构和工作原理
A0
Ai
行 地 址 译 码 器
存储矩阵
输 出 缓 冲 器
数 据 输 出
存储矩阵：保存二进制信息，按矩阵形式排列； 地址译码器：用于选定存储单元； 输出缓冲器：对存储矩阵的数据缓冲输出。
VDD 字线
T
熔丝F 位线 数据线 R D
熔丝的通断状态与是否通电 无关，因为正常工作电压远低 图8.2.5 PROM的基本存储单元 于编程电压。
自动化学院应用电子教学中心 10
8.2.4可擦除的可编程只读存储器
根据擦除手段和条件的不同， EPROM 又可分 为 UVEPROM 、 E2PROM 和 Flash 三 种 ， 其 中 UVEPROM常简称为EPROM。
1 A0 1
A1
地 址 译 码 器
A0
ห้องสมุดไป่ตู้
W0 VDD
W1
W2
W3
输出缓冲器 D3'
EN
D3 D2 D1 D0
D 2'
EN
D 1'
EN
D 0'
EN
EN
存储矩阵
址 地址译码输出
A0 0 1 0 1 W3 W2 0 0 0 1 0 0 1 0 W1 W0 0 1 0 0 1 0 0 0
数
据
数
据
D0 1 0 0 1
13
自动化学院应用电子教学中心
A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
CS PD / PGM
Intel 2716
I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0
自动化学院应用电子教学中心
12
图8.2.9 Flotox管结构图和符号
图8.2.12 闪烁存储器中叠栅 MOS管的结构图和符号
Flotox 管与 SIMOS 管相 似，也是 N 沟道增强型 MOS 管 ，具有隧道效 应。
闪烁存储器由闪烁叠栅 MOS 管 构成，结构与 SIMOS 管相似， 区别在于浮置栅与衬底间氧化层 的厚度不同， EPROM 中的氧化 层厚度一般为 30 ～ 40nm ，而在 闪烁存储器中仅为 10 ～ 15nm 。 功耗低、擦写便捷。
自动化学院应用电子教学中心 3
2．半导体存储器的主要技术指标
存储容量：常用MB（兆字节）、GB（千兆字 节）、TB（兆兆字节）等表示 ；
读/写速度：几十ns～几百ns不等；
可靠性：用MTTF来衡量；
功耗
自动化学院应用电子教学中心
4
8.2 只读存储器
8.2.1 只读存储器的基本结构和工作原理
数字电路与 系统设计
第八章
半导体存储器
自动化学院应用电子教学中心 1
第八章 半导体存储器
8.1 概述
8.2 只读存储器
8.3 随机存储器
8.4 顺序存储器
8.5 本章小结
自动化学院应用电子教学中心 2
8.1 概述
以二进制形式保存系统工作所需的程序和数据 （通称为信息）。
1．半导体存储器的分类
根据制造工艺的不同，分为双极型和MOS型； 根据读 / 写功能的不同，分为只读存储器（ ROM ）、 随机存储器（RAM）和顺序存储器（SAM）； 根据数据输入/输出方式的不同，分为串行存储器和并 行存储器。
A1 A0 ROM 4× 4 D3 D2 D1 D0
D3’ D2’ D1’ D0’
D3 D2 D1
0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 自动化学院应用电子教学中心
EN
8
A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码
EN
D3 D2 D1 D0
8.2.3可编程只读存储器
PROM是一种使用者可进行一次编程的ROM。
PROM 由存储单元中的熔丝 是否熔断决定该存储单元所存 信息是 0 还是 1 ，熔丝未断，表 示存储信息1，熔丝烧断表示存 储信息0。 存储单元中的熔丝一旦被烧 断就不能恢复，因此 PROM 只 能写入一次。
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列地址译码器
Ai 1
三态控制
...
An
图8.2.1 ROM总体结构框图
A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 X 31 器
Y0 Y1 Y7
X0 X1
列地址译码器
A7 A6 A5
图8.2.2 256×4位存储矩阵
每4列存储单元连接到一个共同的列地址译码线上 。 字：每次同时进行读/写操作的存储单元数，称为字。 字长：一个字中所含的二进制数据的位数，称为字长。 地址：每个字赋予的编号，称为地址。
EPROM的总体结构与PROM的总体结构基本相 同，只是采用了不同工作原理的MOS管作为存储单 元 ， EPROM 采 用 了 浮 栅 雪 崩 注 入 MOS 管 （FAMOS管）和叠栅注入MOS管（SIMOS管）、 E2PROM 采用了浮栅隧道氧化层 MOS 管（ Flotox 管）、 Flash 采用了闪烁叠栅 MOS 管，它们的最大 区别就在于漏源极之间导电沟道的形成条件不同。
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8.2.2掩模只读存储器
A1
VDD
存储矩阵为 4×4 位，采用 单地址译码方式，输出缓冲器 由四个三态反相器构成。 无论W0～W3中哪根线上出现 高电平信号，存储矩阵中与高 电平字线相连的 MOS管导通， 位线出现低电平，其它情况位 线均位高电平。
地
A1 0 0 1 1
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图8.2.6 FAMOS管结构图和符号
图8.2.7 SIMOS管结构图和符号
FAMOS 管 是 一 个 栅 极 “浮置”于 SiO2 层内的 P沟道增强型MOS管 。
SIMOS 管是一个 N 沟道增 强型MOS管，有两个重叠 的栅极——控制栅 Ge和浮 置栅Gf 。
存储矩阵 32行× 8列× 4位
EN
EN EN
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
EN
D3 ROM 256× 4 D2 D1 D0
列地址译码 A7
EN
输出缓冲器
A6
A5
（a） （b） 图8.2.4 256×4位ROM的逻辑结构框图和逻辑符号图 (a)逻辑结构框图 (b)逻辑符号图
地址线8条，采用双译码方式，存储容量为28＝256字；
8.2.2掩模只读存储器
8.2.3可编程只读存储器
8.2.4可擦除的可编程只读存储器
8.2.5用只读存储器实现组合逻辑函数
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8.2.1 只读存储器的基本结构和工作原理
A0
Ai
行 地 址 译 码 器
存储矩阵
输 出 缓 冲 器
数 据 输 出
存储矩阵：保存二进制信息，按矩阵形式排列； 地址译码器：用于选定存储单元； 输出缓冲器：对存储矩阵的数据缓冲输出。
VDD 字线
T
熔丝F 位线 数据线 R D
熔丝的通断状态与是否通电 无关，因为正常工作电压远低 图8.2.5 PROM的基本存储单元 于编程电压。
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8.2.4可擦除的可编程只读存储器
根据擦除手段和条件的不同， EPROM 又可分 为 UVEPROM 、 E2PROM 和 Flash 三 种 ， 其 中 UVEPROM常简称为EPROM。
1 A0 1
A1
地 址 译 码 器
A0
ห้องสมุดไป่ตู้
W0 VDD
W1
W2
W3
输出缓冲器 D3'
EN
D3 D2 D1 D0
D 2'
EN
D 1'
EN
D 0'
EN
EN
存储矩阵
址 地址译码输出
A0 0 1 0 1 W3 W2 0 0 0 1 0 0 1 0 W1 W0 0 1 0 0 1 0 0 0
数
据
数
据
D0 1 0 0 1
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A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
CS PD / PGM
Intel 2716
I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0
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图8.2.9 Flotox管结构图和符号
图8.2.12 闪烁存储器中叠栅 MOS管的结构图和符号
Flotox 管与 SIMOS 管相 似，也是 N 沟道增强型 MOS 管 ，具有隧道效 应。
闪烁存储器由闪烁叠栅 MOS 管 构成，结构与 SIMOS 管相似， 区别在于浮置栅与衬底间氧化层 的厚度不同， EPROM 中的氧化 层厚度一般为 30 ～ 40nm ，而在 闪烁存储器中仅为 10 ～ 15nm 。 功耗低、擦写便捷。
自动化学院应用电子教学中心 3
2．半导体存储器的主要技术指标
存储容量：常用MB（兆字节）、GB（千兆字 节）、TB（兆兆字节）等表示 ；
读/写速度：几十ns～几百ns不等；
可靠性：用MTTF来衡量；
功耗
自动化学院应用电子教学中心
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8.2 只读存储器
8.2.1 只读存储器的基本结构和工作原理
数字电路与 系统设计
第八章
半导体存储器
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第八章 半导体存储器
8.1 概述
8.2 只读存储器
8.3 随机存储器
8.4 顺序存储器
8.5 本章小结
自动化学院应用电子教学中心 2
8.1 概述
以二进制形式保存系统工作所需的程序和数据 （通称为信息）。
1．半导体存储器的分类
根据制造工艺的不同，分为双极型和MOS型； 根据读 / 写功能的不同，分为只读存储器（ ROM ）、 随机存储器（RAM）和顺序存储器（SAM）； 根据数据输入/输出方式的不同，分为串行存储器和并 行存储器。
A1 A0 ROM 4× 4 D3 D2 D1 D0
D3’ D2’ D1’ D0’
D3 D2 D1
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