第6章 半导体存储器资料
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《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
第六章 半导体存储器
6
例如: 某存储器能存储1024个字 ，每个字4位， 那它的存储容量就为1024×4=4096，即该存 储器有4096个存储单元。
存储器写入（存）或者读出（取）时，每次
只能写入或读出一个字。若字长为8位，每次
必须选中8个存储单元。选中哪些存储单元，
由地址译码器的输出来决定。即由地址码来决
定。
7
地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的 关系。如果某存储器有十个地址输入端，那 它就能存210=1024个字。 2、存取周期 连续两次读（写）操作间隔的最短时间称 为存取周期。
• 固定ROM：在制造时根据特定的要求做成固 定的存储内容，出厂后，用户无法更改，只 能读出。
10
• PROM：存储内容可以由使用者编制写入， 但只能写入一次，一经写入就不能再更改。
• EPROM：存储内容可以改变，但EPROM所 存内容的擦去或改写，需要专门的擦抹器和 编程器实现。在工作时，也只能读出。
• E2PROM：可用电擦写方法擦写。
11
6.2.1 固定只读存储器(ROM)
ROM由地址译
地 址
码器、存储矩阵、输 入
输出和控制电路
组成，如图6-1
所示。
地
W0
址
存贮矩阵
译 码
N× M
器
WN-1
D0
DM-1
输出及控制电路
数据输出
图6-1 ROM结构图
12
地址译码器
地址译码器
A0
1
＆
W0
A1
1
＆
W1
＆
W2
＆
W3
+VDD
存储矩阵
字 线
字线
存 储 矩 阵
例如: 某存储器能存储1024个字 ，每个字4位， 那它的存储容量就为1024×4=4096，即该存 储器有4096个存储单元。
存储器写入（存）或者读出（取）时，每次
只能写入或读出一个字。若字长为8位，每次
必须选中8个存储单元。选中哪些存储单元，
由地址译码器的输出来决定。即由地址码来决
定。
7
地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的 关系。如果某存储器有十个地址输入端，那 它就能存210=1024个字。 2、存取周期 连续两次读（写）操作间隔的最短时间称 为存取周期。
• 固定ROM：在制造时根据特定的要求做成固 定的存储内容，出厂后，用户无法更改，只 能读出。
10
• PROM：存储内容可以由使用者编制写入， 但只能写入一次，一经写入就不能再更改。
• EPROM：存储内容可以改变，但EPROM所 存内容的擦去或改写，需要专门的擦抹器和 编程器实现。在工作时，也只能读出。
• E2PROM：可用电擦写方法擦写。
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6.2.1 固定只读存储器(ROM)
ROM由地址译
地 址
码器、存储矩阵、输 入
输出和控制电路
组成，如图6-1
所示。
地
W0
址
存贮矩阵
译 码
N× M
器
WN-1
D0
DM-1
输出及控制电路
数据输出
图6-1 ROM结构图
12
地址译码器
地址译码器
A0
1
＆
W0
A1
1
＆
W1
＆
W2
＆
W3
+VDD
存储矩阵
字 线
字线
存 储 矩 阵
《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。
第6章半导体存储器-PPT文档资料42页
6.2.1 静态随机存储器
1．电路结构
SRAM主要由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分 组成。
地 址 A0 ~ Ai 输
行 地 址 译
入
码
存储矩阵
读
/
写
I/O
控
制
列地址译码
Ai+1 ~ An 地址输入
CS R /W
SRAM结构示意图
行
地 址 A0 ~ Ai
地 址
输
译
入
码
说明：
存储矩阵
读
/
2.单管动态MOS存储单元电路
字选线
V CS
位线D
CO输出电容
（数据线）
单管动态MOS存储单元
构成：
由一个NMOS管和存储电容器CS构成, CO是位线上 的分布电容(CO>>CS)。 显然，采用单管存储单元的 DRAM，其容量可以做得更大。
工作原理：
字选线
写入信息时，字线为高电平，V导通，位 线D上的数据经过V存入CS。
2作所．，经存到历完的储成时速该间度操作
的最小时间间隔
存储器的存储速度可以用两个时间参数表示 ： “存取时间”(Access Time) TA 和“存储周 期”(Memory Cycle)TMC ，存储周期TMC略大于存取时 间TA。
6.2随机存储器
随机存取存储器也称随机存储器或随机读/写存储器 （RANDOM - ACCESS MEMORY ），简称RAM。RAM工作 时可以随时从任何一个指定的地址写入(存入)或读出(取出)信息, 分为静态随机存取存储器 ( SRAM ) 和动态随机存取存储器 ( DRAM ) 。
32个存储单元的半导体存储器
半导体存储器
Erasable PROM）
一、静态RAM
（一）六管静态存 储电路
Q7
Q8
图6-2 静态RAM存储单元电路
（二）静态RAM器件的组成
静态RAM器 件可分成三个部 分，分别是存储 单元阵列、地址 译码器和读/写控 制与数据驱动/缓 冲。一个典型的 静态RAM的示意 图如右图所示。
右图是一个1K×1 位的静态RAM器件的组 成框图。该器件总共可 以寻址1024个单元，每 个单元只存储一位数据。
数据（字操作,使用AD0～AD15），也可以只 传送8位数据（字节操作，使用AD0～AD7或 AD8～AD15）。
仅A0为低电平时，CPU使用AD0～AD7， 这是偶地址字节操作；仅为低电平时，CPU使用 AD8～AD15，这是奇地址字节操作。
若和A0同时为低电平时，CPU对AD0～ AD15操作，即从偶地址读写一个字，是字操作； 如果字地址为奇地址，则需要两次访问存储器。 如下表所示
2、Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态 RAM ，Intel 2114是一个容量为1024×4位的静 态RAM其引脚和逻辑符号如下图所示。
引脚图
逻辑符号
（四）静态RAM与CPU的连接
进行静态RAM存储器模块与CPU的连接电路 设计时，需要考虑下面几个问题：
1、CPU总线的负载能力 2、时序匹配问题 3、存储器的地址分配和片选问题 4、控制信号的连接
若存储容量较小，可以 将该RAM芯片的单元阵 列直接排成所需要位数
的形式，每一条行选择 线（X选择线）代表一 个字节，每一条列选择 线（Y选择线）代表字 节的一个位，故通常把
行选择线称为字线，而 列选择线称为位线。
（三）静态RAM的例子
1、Intel 6116是CMOS静态RAM芯片，属双列直 插式、24引脚封装。它的存储容量为2K×8位，其 引脚及功能框图如下图所示。
一、静态RAM
（一）六管静态存 储电路
Q7
Q8
图6-2 静态RAM存储单元电路
（二）静态RAM器件的组成
静态RAM器 件可分成三个部 分，分别是存储 单元阵列、地址 译码器和读/写控 制与数据驱动/缓 冲。一个典型的 静态RAM的示意 图如右图所示。
右图是一个1K×1 位的静态RAM器件的组 成框图。该器件总共可 以寻址1024个单元，每 个单元只存储一位数据。
数据（字操作,使用AD0～AD15），也可以只 传送8位数据（字节操作，使用AD0～AD7或 AD8～AD15）。
仅A0为低电平时，CPU使用AD0～AD7， 这是偶地址字节操作；仅为低电平时，CPU使用 AD8～AD15，这是奇地址字节操作。
若和A0同时为低电平时，CPU对AD0～ AD15操作，即从偶地址读写一个字，是字操作； 如果字地址为奇地址，则需要两次访问存储器。 如下表所示
2、Intel 2114是一个容量为1024×4位的静态 RAM ，Intel 2114是一个容量为1024×4位的静 态RAM其引脚和逻辑符号如下图所示。
引脚图
逻辑符号
（四）静态RAM与CPU的连接
进行静态RAM存储器模块与CPU的连接电路 设计时，需要考虑下面几个问题：
1、CPU总线的负载能力 2、时序匹配问题 3、存储器的地址分配和片选问题 4、控制信号的连接
若存储容量较小，可以 将该RAM芯片的单元阵 列直接排成所需要位数
的形式，每一条行选择 线（X选择线）代表一 个字节，每一条列选择 线（Y选择线）代表字 节的一个位，故通常把
行选择线称为字线，而 列选择线称为位线。
（三）静态RAM的例子
1、Intel 6116是CMOS静态RAM芯片，属双列直 插式、24引脚封装。它的存储容量为2K×8位，其 引脚及功能框图如下图所示。
电子技术基础数字部分第六章半导体存储器经典课件
n 地址单元的个数N与二进制地址码的位数 满足2n = N ，如：256个
8
3、输入/输出控制电路
（1）片选信号CS ：解决芯片是否工作的问题；
（2）读写控制信号：决定是读信号还是写信号；
三、RAM的操作与定时
1、读操作
（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端； （2）加入有效的片选信号 CS； （3）在 R / W 线上加高电平，经过一段时间后，所选单元的内容出现
半导体存储器就是存储大量二值数据的半导体器件，是数字系统必不可 少的组成部分。这种存储包括：存储文字的编码数据、存储声音的编码数据、 存储图像的编码数据。
衡量存储器性能的重要计数指标——存储容量（目前动态存储器的容量 可达10亿位/片）、存取速度（一些高速存储器的存取时间仅10nS）。
1、存储容量
数 T7
据
线D
D T8
Yj （列选线 ）
数 据
线
特点——数据由触发器记忆，只要不断电，数据可以永久保存。
2、DRAM存储单元
SRAM存储单元所用管子多，功耗大，集成度受到限制。 DRAM存储数据的原理——基于电容电荷的存储效应。
字线
X
位
V
线
CS
CW
存储单元电容
单管动态存储单元
杂散电容
常见的DRAM存储单元有两种结构： 单管（大容量DRAM存储单元普遍采 用单管结构） 、三管 ；
2学时
第六章 半导体存储器
1、半导体存储器的基本概念； 2、随机存储器RAM； 3、只读存储器ROM；
课后练习: P383-7.1.1 、P383-7.1.2
序言
随着半导体集成工艺的不断进步，电路的集成度越来越高。目前，大规 模集成电路LSI日新月异，LSI电路的一个重要应用领域就是半导体存储器。
8
3、输入/输出控制电路
（1）片选信号CS ：解决芯片是否工作的问题；
（2）读写控制信号：决定是读信号还是写信号；
三、RAM的操作与定时
1、读操作
（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端； （2）加入有效的片选信号 CS； （3）在 R / W 线上加高电平，经过一段时间后，所选单元的内容出现
半导体存储器就是存储大量二值数据的半导体器件，是数字系统必不可 少的组成部分。这种存储包括：存储文字的编码数据、存储声音的编码数据、 存储图像的编码数据。
衡量存储器性能的重要计数指标——存储容量（目前动态存储器的容量 可达10亿位/片）、存取速度（一些高速存储器的存取时间仅10nS）。
1、存储容量
数 T7
据
线D
D T8
Yj （列选线 ）
数 据
线
特点——数据由触发器记忆，只要不断电，数据可以永久保存。
2、DRAM存储单元
SRAM存储单元所用管子多，功耗大，集成度受到限制。 DRAM存储数据的原理——基于电容电荷的存储效应。
字线
X
位
V
线
CS
CW
存储单元电容
单管动态存储单元
杂散电容
常见的DRAM存储单元有两种结构： 单管（大容量DRAM存储单元普遍采 用单管结构） 、三管 ；
2学时
第六章 半导体存储器
1、半导体存储器的基本概念； 2、随机存储器RAM； 3、只读存储器ROM；
课后练习: P383-7.1.1 、P383-7.1.2
序言
随着半导体集成工艺的不断进步，电路的集成度越来越高。目前，大规 模集成电路LSI日新月异，LSI电路的一个重要应用领域就是半导体存储器。
06半导体存储器
4.20
第6章 半导体存储器
6.1 存储器概述 3. 地址译码器 地址译码器的作用就是用来接受CPU送来的地 址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应 的存储单元，以便对该单元进行读/写操作。常用 的地址译码有两种结构，即单译码(线性排列)结构 和双译码(矩阵形式排列)结构，如图6.4所示。同 样64个存储单元，单译码结构需要一个6-64译码器， 产生64根内部译码线；采用双译码结构需要两个38译码器，产生8+8=16根内部译码线。
4.27
第6章 半导体存储器
6.1 存储器概述
6.1.3 半导体存储器的技术指标 1. 存储容量 存储容量是指存储器芯片能存储的二进制信息 量。存储器芯片容量以位(bit)为单位，所以存储 器容量是指每个芯片所能存储的二进制数的位数。 例如容量为1024×1的芯片，则该芯片上有1024 个存储单元，可以存储1024位的二进制位信息。 如果一片芯片上有N个存储单元，每个存储单元 可存放M位二进制数，则该芯片的存储容量用 N×M表示，可以存储N×M个二进制位。
4.2
第6章Hale Waihona Puke 半导体存储器6.1 存储器概述
图6.1显示了微机系统中的存储器组织。它呈现 金字塔形结构，越往上存储器件的速度越快， CPU的访问频度越高；同时，每位存储容量的价 格也越高，容量也越小。图中，CPU中的寄存器 位于塔的顶端，它拥有最快的存取速度，但数量 极为有限；向下依次是CPU内的高速缓冲存储器 (Cache)、主板上的Cache、主存储器、辅助存储 器和大容量辅助存储器；位于塔底的存储设备， 其容量最大，每位存储容量的价格最低，但速度 可能也是较慢或最慢的。从整体上看，这种结构 解决了速度、容量和价格间的矛盾。
4.17
第6章半导体存储器
3. 读写控制信号：
片选信号CS 或芯片允许信号CE ：当存储器模 块由多个RAM芯片组成时，CS (或CE)用来选 择应访问的存储器芯片；
输出允许信号OE ，接RD，读出时序与SRAM 相同；
编程允许信号PGM ，工作时接VCC ； 编程电压VPP，编程时接高压脉冲，工作时接
VCC。
27256——32Kx8的EPROM
由于电容上存储的电荷不能长时间保 存，总会泄漏，因此必须定时给电容补充 电荷，这个过程称为“刷新”或“再生”。
DRAM具有电路简单、集成度高、体积 小等优点，在通用微机系统中广泛应用。但 是，DRAM的最大缺点是需要定时刷新，并 为实现定时刷新要配备复杂的外围电路，因 而在单片机等小系统中极少使用。
为了简化DRAM的使用，目前出现了集 成动态存储器 iRAM，它将DRAM及其刷新 电路集成到一个芯片中，使得DRAM的使用 可以象SRAM一样简单。
§6-3 只读存储器ROM
ROM存储器的分类较多，有ROM、PROM、 EPROM、EEPROM。
EPROM存储器的使用分为三步：
❖擦除——用紫外线照射15分钟左右即可，擦除干 净后，每个位单元的内容为‘1’，或每个字节单 元的内容为‘FFH’。
3. 功耗
4. 可靠性——指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能 力，平均无故障间隔时间来表示。
5. 集成度——指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个 基本存储电路，用位／片来表示。
四、 半导体存储器芯片的结构
地地
读
址址 寄译
存储体
写 电
AB 存 码
路
数 据 寄 存 DB
控制电路
OE WE CS
•存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息 •地址译码电路：根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定 的存储单元 •片选和读写控制逻辑：选中存储芯片，控制读写操作
片选信号CS 或芯片允许信号CE ：当存储器模 块由多个RAM芯片组成时，CS (或CE)用来选 择应访问的存储器芯片；
输出允许信号OE ，接RD，读出时序与SRAM 相同；
编程允许信号PGM ，工作时接VCC ； 编程电压VPP，编程时接高压脉冲，工作时接
VCC。
27256——32Kx8的EPROM
由于电容上存储的电荷不能长时间保 存，总会泄漏，因此必须定时给电容补充 电荷，这个过程称为“刷新”或“再生”。
DRAM具有电路简单、集成度高、体积 小等优点，在通用微机系统中广泛应用。但 是，DRAM的最大缺点是需要定时刷新，并 为实现定时刷新要配备复杂的外围电路，因 而在单片机等小系统中极少使用。
为了简化DRAM的使用，目前出现了集 成动态存储器 iRAM，它将DRAM及其刷新 电路集成到一个芯片中，使得DRAM的使用 可以象SRAM一样简单。
§6-3 只读存储器ROM
ROM存储器的分类较多，有ROM、PROM、 EPROM、EEPROM。
EPROM存储器的使用分为三步：
❖擦除——用紫外线照射15分钟左右即可，擦除干 净后，每个位单元的内容为‘1’，或每个字节单 元的内容为‘FFH’。
3. 功耗
4. 可靠性——指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能 力，平均无故障间隔时间来表示。
5. 集成度——指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个 基本存储电路，用位／片来表示。
四、 半导体存储器芯片的结构
地地
读
址址 寄译
存储体
写 电
AB 存 码
路
数 据 寄 存 DB
控制电路
OE WE CS
•存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息 •地址译码电路：根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定 的存储单元 •片选和读写控制逻辑：选中存储芯片，控制读写操作
微型计算机原理 第六章 存储器
3、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒
4、功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”。 与计算机的电源容量和机箱内的散热有直接的联系 保证速度的情况下，减小功耗
5、可靠性 可靠性一般是指存储器（焊接、插件板的接触、存储器模块的复杂性）抗外界电磁场、温度等因变化干扰的能力。在出厂时经过全
28系列的E2PROM
① +5V供电，维持电流60mA，最大工作电流160mA ② 读出时间250ns ③ 28引脚 DIP封装 ④ 页写入与查询的做法： 当用户启动写入后，应以（3至20）微秒/B的速度，连续向有关地 址写入16个字节的数据，其中，页内字节由A3至A0确定，页地址 由A12至A4确定，整个芯片有512个页，页加载 如果芯片在规定的20微秒的窗口时间内，用户不再进行写入，则芯 片将会自动把页缓冲器内的数据转存到指定的存储单元，这个过程 称为页存储，在页存储期间芯片将不再接收外部数据。CPU可以通 过读出最后一个字节来查询写入是否完成，若读出数据的最高位与 写入前相反，说明写入还没完成，否则，写入已经完成。
3）R/W（Read/Write）读/写控制引线端。
4）WE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入 被寻址的单元。 4、三态双向缓冲器 使组成半导体RAM的各个存储芯片很方便地与系统数据总线相
连接。
6.2.2 静态RAM
1、静态基本存储单元电路
基本单元电路多为静态存储器半导体双稳态触发器结构， NMOS\COMS\TTL\ECL等制造工艺而成。 NMOS工艺制作的静态RAM具有集成度高、功耗价格便宜等优点，
6.2.4
RAM存储容量的扩展方法
1、位扩展方式：16Kx1扩充为16Kx8
第六章 存储器系统 微机原理 第2版 课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
第6章__半导体存储器
VBB 1 DIN 2 WE* 3
RAS* 4
A0 5 A2 6 A1 7 VDD 8
16 VSS 15 CAS*
14 DOUT 13 A6 12 A3 11 A4 10 A5 9 VCC
DRAM 4116的读周期
存储地址需要分两批传送
RAS 行 传地 送址 行选地通址信号RATSTR*RA有CS 效，开始
2．存取时间
存取时间是指从CPU给出有效的存储器地址来启动一次 存储器读写操作，到该操作完成所经历的时间。 存储周期则是指连续两次访问存储器之间所需的最小时 间间隔。存储周期等于存取时间加上存储器的恢复时间。
3．存取周期
指连续启动两次独立的存储器读/写操作所 需的最小间隔时间。存取周期等于存取时 间加上存储器的恢复时间
SRAM的基本存储单元是触发器电路 每个基本存储单元存储二进制数一位 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地址
SRAM芯片2114
A6 1
存储容量为1024×4
18个引脚：
6.2读写存储器与只读存储器
6.2.1静态RAM 6.2.2动态RAM 6.2.3只读存储器
6.2 半导体存储器芯片的结构
① 地存储体地
读
数
②
AB
址寄存地存址储译器址译码码芯电片的路存主储要体部分，用写电路来存储信据寄存息
DB
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特
定的存储单元
③ 片选和读写控控制制电逻路辑
单管动态存储电路
存储单元
行 = 列 =1 时 选 中 （读/写）。存 (数据线) 储刷新：逐行 进行（1选中： 内部进行：刷 新放大器重写C）
最新7半导体存储器
• 存储体中的基本电路配置成一定的阵列并进行编址，因此 也叫存储矩阵。
• 存储芯片中基本存储电路的排列通常有：N×1、N×4、 N×8三种。
示例
• 存储容量与地址、数据线个数有关：
芯片的存储容量(N×M)
＝存储单元数×存储单元的位数＝2n×M
n：芯片的地址线根数 M：芯片的数据线根数
地址译码器
0
地址译码器只有一个，存储单元呈线性排列。 译码输出的字选择线直接选中与地址码对应的存储 单元。选择线数目较多，适用于小容量字结构存储 器。
u 双译码方式
地址译码器有两个。减少芯片内的地址译码 电路，但速度慢。选择线数目较少，适用于大容量 的存储器。
（1）单译码方式
（2）双译码方式
第6章：3. 片选和读写控制逻辑
*工作过程
刷新 每隔2ms必须刷新一次。 W=1，Y=0，Q通 每行中所有数据位被读出，并放大和刷新。 由于Y=0，在数据线D不能读出数据。
注：
1）读出信息必须经过灵敏的读出放大器才能输出。
因：C2/C1≈10(芯片容量越大，C2越大），因此读“1” 时的电压增量与读“0”时的电压增量相差只有几百毫伏。
u 每个存储单元具有一个地址
SRAM 2114
SRAM 6264
*1.静态基本存储单元电路
u 构成（6个NMOS场效 应管）
u
工作过程
• 读出
– 字线为高电平， 从位线读出数据。
• 写入
– 字线为高电平， 从位线写入
图6-5 NMOS静态基本存储电路
*2. 静态RAM电路构成
图6-7 静态RAM芯片的结构示意图
第6章：SRAM芯片2114
• 存储容量为1024×4 • 18个引脚：
• 存储芯片中基本存储电路的排列通常有：N×1、N×4、 N×8三种。
示例
• 存储容量与地址、数据线个数有关：
芯片的存储容量(N×M)
＝存储单元数×存储单元的位数＝2n×M
n：芯片的地址线根数 M：芯片的数据线根数
地址译码器
0
地址译码器只有一个，存储单元呈线性排列。 译码输出的字选择线直接选中与地址码对应的存储 单元。选择线数目较多，适用于小容量字结构存储 器。
u 双译码方式
地址译码器有两个。减少芯片内的地址译码 电路，但速度慢。选择线数目较少，适用于大容量 的存储器。
（1）单译码方式
（2）双译码方式
第6章：3. 片选和读写控制逻辑
*工作过程
刷新 每隔2ms必须刷新一次。 W=1，Y=0，Q通 每行中所有数据位被读出，并放大和刷新。 由于Y=0，在数据线D不能读出数据。
注：
1）读出信息必须经过灵敏的读出放大器才能输出。
因：C2/C1≈10(芯片容量越大，C2越大），因此读“1” 时的电压增量与读“0”时的电压增量相差只有几百毫伏。
u 每个存储单元具有一个地址
SRAM 2114
SRAM 6264
*1.静态基本存储单元电路
u 构成（6个NMOS场效 应管）
u
工作过程
• 读出
– 字线为高电平， 从位线读出数据。
• 写入
– 字线为高电平， 从位线写入
图6-5 NMOS静态基本存储电路
*2. 静态RAM电路构成
图6-7 静态RAM芯片的结构示意图
第6章：SRAM芯片2114
• 存储容量为1024×4 • 18个引脚：
电子技术半导体存储器
利用材料电阻变化实现数据存储，具有高可靠性、低功耗和长寿命 等优点。
应用领域拓展
物联网
01
随着物联网技术的发展，半导体存储器将应用于更多智能设备，
实现数据存储和远程控制。
人工智能
02
在人工智能领域，半导体存储器将用于支持机器学习和深度学
习算法，提高数据处理速度和效率。
云计算
03
云计算技术的发展将推动半导体存储器向大规模、高性能方向
全球市场概况
1
全球半导体存储器市场规模持续增长，受益于数 字化、智能化和物联网等技术的快速发展，市场 需求不断扩大。
2
全球半导体存储器市场呈现出多元化和区域化的 特点，不同地区的市场需求和发展情况存在差异。
3
全球半导体存储器市场竞争激烈，主要厂商占据 了大部分市场份额，但仍有不少创新型企业和小 型厂商在市场中寻求突破。
技术、品质和市场份额展开，同时也不排除有新的厂商通过技术创新和
市场拓展实现突破。
05
半导体存储器的未来展 望
新技术发展
3D存储技术
利用垂直堆叠多层存储单元实现高密度存储，提高存储容量和性 能。
相变存储器（PCM）
利用材料相变特性实现数据存储，具有快速读写速度和持久保存能 力。
阻变存储器（ReRAM）
市场发展趋势
01
技术创新
随着半导体工艺的不断进步，半导体存储器的容量、速度和可靠性等方
面将得到进一步提升，未来将有更多创新型存储器技术涌现。
02
多元化应用
随着物联网、云计算、人工智能等技术的普及，半导体存储器的应用领
域将进一步拓展，市场将呈现出更加多元化的特点。
03
市场竞争格局
未来半导体存储器市场的竞争将更加激烈，主要厂商之间的竞争将围绕
应用领域拓展
物联网
01
随着物联网技术的发展，半导体存储器将应用于更多智能设备，
实现数据存储和远程控制。
人工智能
02
在人工智能领域，半导体存储器将用于支持机器学习和深度学
习算法，提高数据处理速度和效率。
云计算
03
云计算技术的发展将推动半导体存储器向大规模、高性能方向
全球市场概况
1
全球半导体存储器市场规模持续增长，受益于数 字化、智能化和物联网等技术的快速发展，市场 需求不断扩大。
2
全球半导体存储器市场呈现出多元化和区域化的 特点，不同地区的市场需求和发展情况存在差异。
3
全球半导体存储器市场竞争激烈，主要厂商占据 了大部分市场份额，但仍有不少创新型企业和小 型厂商在市场中寻求突破。
技术、品质和市场份额展开，同时也不排除有新的厂商通过技术创新和
市场拓展实现突破。
05
半导体存储器的未来展 望
新技术发展
3D存储技术
利用垂直堆叠多层存储单元实现高密度存储，提高存储容量和性 能。
相变存储器（PCM）
利用材料相变特性实现数据存储，具有快速读写速度和持久保存能 力。
阻变存储器（ReRAM）
市场发展趋势
01
技术创新
随着半导体工艺的不断进步，半导体存储器的容量、速度和可靠性等方
面将得到进一步提升，未来将有更多创新型存储器技术涌现。
02
多元化应用
随着物联网、云计算、人工智能等技术的普及，半导体存储器的应用领
域将进一步拓展，市场将呈现出更加多元化的特点。
03
市场竞争格局
未来半导体存储器市场的竞争将更加激烈，主要厂商之间的竞争将围绕
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②位应用——实现组合函数
全加器
Si m(1,2,4,7) Ci m(3,5,6,7)
Ai Ai Bi Bi Ci-1 Ci-1
Si Ci
两种表示形式
组合逻辑函数的实现： ①基本门电路； ②译码器； ③数据选择器； ④ROM
Ai Ai Bi Bi C-1 C-1 Si Ci
6.2.3 PROM(可编程ROM)
查表功能 －构造自变量与应变量的函数表
把自变量值作为地址码，其对应的函数值作为存放在 该地址内的数据，称为 “造表”；
使用时，根据输入的地址就可在输出端得到所需的函 数值，称为“查表”
A2 A1 A0 D3D2D1D0 D/A
o
0 0 0 0000 0
0 0 1 0 01 0 2
010 0100 4
☆ PROM只能写一次，一旦写入就不能修改（OTP型）。 ☆基本结构同掩模ROM，由存储矩阵、地址译码和输出电路组成。 ☆出厂时在存储矩阵的所有交叉点上都做有存储单元，一般存1。 ☆存数方法：熔丝法和击穿法。
熔丝法图示
字线
Vcc bc
e
熔丝
位线
加高电压将熔丝化断， 即可将原有的1改写为0。 PROM电路见图6.6 (p205)
位 1 D2 输
1
D1
出 线
阵
W0 W1 W2 W3 1 D0
EN
W0～W3：字线 D0～D3：位线（数据线）
二极管或门作编码器
D3＝W1＋W3 D2＝W0＋W2＋W3 D1＝ W1＋W3 D0＝W0＋W1
A0、A1：地址线
2.举例4×4存储器（续）
Vcc
D3＝W1＋W3 D2＝W0＋W2＋W3 D1＝ W1＋W3 D0＝W0＋W1
3. 基本应用
①字应用——由地址读出对应的字， 例实现B码→G码的转换。
B3 B3 B2 B2 B1 B1 B0 B0
0
5
10
G3 G2 G1 G0
15
二进制 G3 G2 G1 G0 0000 0 0 0 0 0001 0 0 0 1 0010 0 0 1 1 0011 0 0 1 0 0100 0 1 1 0 0101 0 1 1 1 0110 0 1 0 1 0111 0 1 0 0 1000 1 1 0 0 1001 1 1 0 1 1010 1 1 1 1 1011 1 1 1 0 1100 1 0 1 0 1101 1 0 1 1 1110 1 0 0 1 1111 1 0 0 0
快闪存储器MOS管的结构－ FLASH ROM存储单元
• 工作机理与叠栅MOS管相同 • 结构：快闪存储器MOS管的源极 N+ 区
大于漏极N+区（非对称）且浮栅到P 型 衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄
• 写入：利用雪崩击穿产生的大量高能 电子在浮栅上积累
• 擦除：控制栅接地、源级接高电压， 利用隧道效应放电
RAM 按功能可分为
静态(SRAM) 动态(DRAM)
RAM 按所用器件可分为
双极型 MOS型
1. RAM的结构框图
RAM电路通常由存储矩阵、地址译码器和读／写控制电 路三部分组成。
D2 D1
A1
D3 c
A0 ROM D4
D5
d e
CS
D6 f
f
b
g
e
c
OE
D7 g
d
0000 地址单元的内容对应七段数码 0
D1 D2 D4 D8
1000 地址单元的 内容对应七段数 码9
01234567 A0 0 1 1 1 1 1 1 0 A1 0 0 1 1 0 0 0 0 A2 0 1 1 0 1 1 0 1 A3 0 1 1 1 1 0 0 1
DA
D7
FA
0E ROM
FE
CE
a b
c 思考：若填入的
d
e 数值分别是7F、 f 0D、B7、9F、 g CD、DB、FB、
0F、FF、CF， 译码显示如何？
这些单元不用
6.3 随机存储器RAM
RAM的特点： (1)可随时读写信息，读写速度较快； (2)信息易失性：掉电后数据丢失。
RAM的分类：
A1
地
存储内容真值表
1
A0
址
译 码
地址
数据
1
器
A1 A0 D3 D2 D1 D0
存 储 矩
D3’ 1 1 1
D3 位
D2 输
D1
出 线
00 01 10
0101 1011 0100
阵
W0 W1 W2 W3 1 D0
1 1 1110
EN
字线和位线的每个交叉点都是一个存储单元，在交叉点上接 二极管相当于存1，没接二极管相当于存0，交叉点的数目就是 存储容量，写成“字数×位数”的形式
• 读出：Gc=3V,Wi=5V • 写入：Gc=Wi=20V（脉冲） • 擦除：Gc=0, Wi=Bi=20V（脉冲） • 可擦除单个存储单元 • 芯片内部带有升压电路
3、快闪存储器
快闪存储器既吸收了EPROM结构简单、编程可 靠的优点，又保留了E2PROM用隧道效应擦除 的快捷特性，而且集成度可以做得很高。
第六章 半导体存储器
6.1 概述 6.2 只读存储器（ROM） 6.3 随机存取存储器（RAM） 6.4 存储器的扩展 6.5 存储器的应用
6.1 存储器概述
1. 存储器一般概念
• 存储器：专用于存放大量二进制数码的器件
• 按材料分类 1) 磁介质类——软磁盘、硬盘、磁带、… 2) 光介质类——CD、DVD、… 3) 半导体介质类——SDRAM、EEPROM、FLASH ROM、…
Ⅱ、实现对输出的三态控制，以便与 系统总线连接。
2.举例4×4存储器
Vcc
2位地址代码A1、A0给出4个 不同地址，4个地址代码分别
A1
译出W0～W3上的高电平信号。
地
1
址
A0
译 码
Vcc
1
器
D3’ 1 D3
A1
W3
存 储 矩
1
线位 D输2
1 D出1
A0
阵
W0 W1 W2 W3 1 D0
二极管与门作译码
6.1 存储器概述
3. 存储器的主要性能指标： 容量：存储单元总数（bit） 1Kbit=1024bit=210bit 128Mbit=134217728bit=227bit 字长：一个芯片可以同时存取的比特数 1位、4位、8位、16位、32位等等 标称：字数×位数 如4K×8位=212×8=215单元（bit） 存取时间：表明存储器工作速度 读操作和写操作时序图：存储器的工作时序关系 其它：材料、功耗、封装形式等等
00110011
01011011
01011111 ROM 0 1 1 1 0 0 0 0
01111111
01110011
CS 0 0 0 0 0 0 0 0 OE 0 0 0 0 0 0 0 0
00000000
00000000
00000000
00000000
D1
7E
D2
0C
D3
B6
9E
D4
CC
D5 D6
• 按功能分类 主要分RAM和ROM两类，不过界限逐渐模糊 RAM: SDRAM, 磁盘， ROM: CD, DVD, FLASH ROM, EEPROM
讨论学习半导体介质类存储器件的结构功能和使用特点
6.1 存储器概述
2. 半导体存储器分类： RAM (Random Access Memory) 随机存取存储器
SRAM 双极型 DRAM MOS型
ROM (Read Only Memory) 只读存储器
ROM (工厂掩膜) PROM(一次编程) EPROM(多次编程)
随机存取存储器：在运行状态可以随时进行读或写操作
RAM信息易失： 芯片必须供电才能保持存储的数据
只读存储器：通过特定方法写入数据，正常工作时只能读出 ROM信息非易失：信息一旦写入，即使断电也不会丢失
• 浮栅是与四周绝缘的一块导体 • 控制栅上加正电压，P 型衬底
上部感生出电子，可产生N 型 反型层使NMOS管导通 • 如果浮栅带负电，则在衬底上 部感生出正电荷，阻碍控制栅 开启MOS 管。开启需要更高的 电压。 • 加相同栅电压时，浮栅带电与 否，表现为MOS管的通和断
叠栅（SIMOS）管用浮栅是否 累积有负电荷来存储二值数据。
EN
A1A0＝00 W0＝1；
A1A0＝01 W1＝1；
A1A0＝10 W2＝1；
A1A0＝11 W3＝1；
2.举例4×4存储器（续）
Vcc
存储矩阵由4个二极管或门组成，
当W0～W3线上给出高电平信号时，
A1
1
A0
1
地 会在D0～D3输出一个二值代码
址 译
W3
码 器
W1
D3’
D3’ 1 D3
存 储 矩
掩膜ROM(固定ROM)——厂家固化内容； 可编程ROM（ PROM ）——用户首次写入时决定内容。 （一次写入式）
可编程、可擦除ROM （EPROM）——可根据需要改写； 可编程、电可擦除ROM （EEPROM 即E2PROM ） 快闪存储器FLASH ROM
6.2.2掩膜ROM(固化ROM)
采用掩膜工艺制作ROM时，其存储的数据是由制作过程中的 掩膜板决定的。这种掩膜板是按照用户的要求而专门设计的。因 此，掩膜ROM在出厂时内部存储的数据就“固化”在里面了，使用 时无法再更改。
6.2.4 EPROM、E2PROM、FLASH ROM
EPROM：光擦除可编程ROM