第章半导体存储器课件
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《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。
半导体存储器
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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。
半导体存储器.ppt
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数字电子技术
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三. 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 EPROM (erasable programmable ROM)
叠栅注入MOS管(stacked-gate injection metal-oxidesemiconductor,SIMOS管)
!输入/输出引脚数目有限
输入/出 控制
数字电子技术
输 入
/
出
I/O
电
路
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二、分类
1、从存/取功能分: 掩模ROM
①只读存储器
可 编 程ROM 可 擦 除 的 可 编 程EPROM
(Read-Only-Memory)
②随机读/写
静 态RAM 动 态RAM
(Random-Access-Memory)
漏 源 间 形 成 导 电 沟 道 ,沟 道 内 电 子 获 得 动 能 ,
在
受
到G
上
c
所
加
正
电
压
的
电
场
吸引
下
,
部 分 电 子 穿 过SiO2到 达Gf , 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Gf 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。
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一.固定ROM(掩膜R容量为16×8的ROM
地
(1)存储矩阵:16个字排成矩阵 址
半导体存储技术课件

A.1,15 B. 2,15 C. 1,30 D. 2,30.
(2010年) 15、假定用若干个2k*4位芯片组成 一个8K*8位存储器,则地址0B1FH所在芯片 的最小地址是
A:0000H B:0600H
C: 0700H D:0800H
4.典型存储芯片
4.1 Intel2114 容量: 1K*4位SRAM; 译码方式:A3~A8行译码,
该类芯片一定有一个CLOCK端子。
DDR·SDRAM :习惯称为DDR,部分初学者也常看到DDR
SDRAM,就认为是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的 意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的,仍然 沿用SDRAM生产体系,因此对于内存厂商而言,只需对 制造普通SDRAM的设备稍加改进,即可实现DDR内存的生
读“1”:
无流
有流
怎样判断读出的是“1”?
2.2四管动态存储单元
写“1”:
0
+
1
-
读“1”:
1
1
+
-
读“0”:
1
1
+
-
2.3动态与静态单元比对
静态单元:读出时电流为出;
动态单元:写入和读出时电流均为入,读出时三 线均 为高电平。 另外,动态单元内部无需电源(需要预充*)。
如果是单管动态存储单元* (图见书),则是破 坏性读出。
每行被刷新2000/128=15.625。
异步刷新方式:均分方式。每大周 期按刷新行数等分,每等分刷新 一行。
1
2
128
R
R
2ms
2ms/128≌15.5微秒
(2010年) 15、假定用若干个2k*4位芯片组成 一个8K*8位存储器,则地址0B1FH所在芯片 的最小地址是
A:0000H B:0600H
C: 0700H D:0800H
4.典型存储芯片
4.1 Intel2114 容量: 1K*4位SRAM; 译码方式:A3~A8行译码,
该类芯片一定有一个CLOCK端子。
DDR·SDRAM :习惯称为DDR,部分初学者也常看到DDR
SDRAM,就认为是SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的 意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的,仍然 沿用SDRAM生产体系,因此对于内存厂商而言,只需对 制造普通SDRAM的设备稍加改进,即可实现DDR内存的生
读“1”:
无流
有流
怎样判断读出的是“1”?
2.2四管动态存储单元
写“1”:
0
+
1
-
读“1”:
1
1
+
-
读“0”:
1
1
+
-
2.3动态与静态单元比对
静态单元:读出时电流为出;
动态单元:写入和读出时电流均为入,读出时三 线均 为高电平。 另外,动态单元内部无需电源(需要预充*)。
如果是单管动态存储单元* (图见书),则是破 坏性读出。
每行被刷新2000/128=15.625。
异步刷新方式:均分方式。每大周 期按刷新行数等分,每等分刷新 一行。
1
2
128
R
R
2ms
2ms/128≌15.5微秒
数字逻辑电路半导体存储器资料PPT课件

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
第9页/共21页
“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
上所加正电压的电场吸引下
第14页/共21页
7.3.1 RAM的基本结构与工作原理 以SRAM为例
第15页/共21页
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
第6页/共21页
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
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
第7页/共21页
7.2.3 可擦除的可编程ROM
EPROM
为储克 单元服不紫 同 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)
Gf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Gf 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。
第11页/共21页
7.2.4 利用ROM实现组合逻辑函数
第12页/共21页
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。
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
《半导体存储器》PPT课件_OK

T3
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
返回
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) ;
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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7.2 只读存储器 (ROM)
在正常工作时,存储器的数据只能读出,不能写入。
7.2.1 掩膜只读存储器 ——所存储的数据,
在制作过程中使用
存储矩阵
—— 许多存储单元排列构成,每个存储 单存放1位二值代码。
掩膜板固定。
每个或一组存储单元有一个地址码。
地址译码器
一、结构 —— 三部分组成 —— 将地址码译码,形成从存储矩阵中
1 D′3
▽
D3
1 D′2
▽
D2
1 D′1
▽
D1
0 D′0
▽
D0
地址
A1 A0
D00 0 01
10 11
数据
D3 D2 D1
010
101
10 1 0 01 1 1 0
EN
二极管ROM的电路结构图 第章半导体存储器
二、举例
VCC
第 7 章 半导体存储器
ROM中的数据表
地址
数
据
A1 A1
A1 A0
D3 D2 D1
同时在GC上加25V、50ms宽的正脉冲,吸引高速电子穿 过 SIO2 到达 Gf ,形成注入电荷。
擦除:通过照射产生电子-空穴对,提供泄放通道。
第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
二、电可擦除的可编程ROM(E2 PROM)
浮栅隧道氧化层MOS管 ( FLOTOX )
E2 PROM的存储单元
①掩膜 ROM
1)只读存储器 (ROM)
②可编程 ROM (PROM)
③可擦除的可编程 ROM
1、按存/ 取功能分
(EPROM)
半导体 存储器 分类
① 静态随机存储器 2) 随机存储器 (SRAM)
(RAM) ② 动态随机存储器 (DRAM)
2、按工艺分
1) 双极型 2) M第章O半导S体型存储器
第 7 章 半导体存储器
一、用紫外线擦除的EPROM(UVEPROM)
浮栅雪崩注入MOS管(FAMOS管)
使用FAMOS管的存储单元
写入: 雪崩注入。 擦除:通过照射产生电子-空穴对,提供泄放通道。
第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
叠栅注入MOS管
GC : 控制栅 Gf : 浮置栅
写入: 雪崩注入,D—S间加高压(20~25V),发生雪崩击穿,
5) 字长 一个字的位数。
6) 地址变量数与字数的关系 n个地址变量, 2n 个字
7) 存储器的寻址范围 地址变量的取值组合范第章围半导。体存储器
第 7 章 半导体存储器
用MOS管构成的存储矩阵
掩膜ROM的特点: 出厂时已经固定,不能更改,非易失性。
第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
7.2.2 可编程只读存储器 ( PROM ) 用户可写入一次的存储器。 正常工作时只能读不能写。 总体结构与掩膜ROM一样,但存储单元不同。
EN
存入“0”。
二极管ROM的电路结构图 第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
存储器的一些概念和数量关系
1) 存储器的容量 存储器的容量 = 字数×位数
2) 存储单元数 存储单元数= 字数、位数的乘积结果
3) 字线 对存放每个字的存储单元组进行选择的译码器的输出线。
4) 位线 一个存储单元组中,每一位数据的传输线。
0
D′1
▽
D1
0
D′0
▽
D0
地址
A1 A0
D00 0 01 10
数据
D3 D2 D1
010 101 10 1 0 0
EN
二极管ROM的电路结构图 第章半导体存储器
二、举例
VCC
第 7 章 半导体存储器
ROM中的数据表
A1 1 A0 1
存 储 矩 阵
A1
0
地 址 译
码Hale Waihona Puke A0器0W00 W01 W02 W31 输出缓冲器
地 址
D00 0 0 1 0
A0
译 码
01 101
A0
器
1 0 10 1 0
存 储 矩 阵
W0 W1 W2 W3
输出缓冲器
D′3
▽
D3
D′2
▽
D2
D′1
▽
D1
D′0
▽
D0
1 1 01 1 1 1) 横向理解真0 值表 输入一个地址,读出一个字。 2) 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
选择存储单元的选择信号。
输出缓冲器
—— 提高负载能力及控制三态输出。
第章半导体存储器
二、举例
VCC
第 7 章 半导体存储器
ROM中的数据表
A1 0 A0 0
存 储 矩 阵
A1
1
地 址 译
码
A0
器
1
W10 W01 W02 W30 输出缓冲器
0
D′3
▽
D3
1
D′2
▽
D2
0
D′1
▽
D1
1
D′0
▽
D0
地址
熔丝由易熔合金制成; 出厂时每个结点上都有存储单元; 编程时将不用的存储单元熔丝熔断; 是一次性编程,不能改写。
熔丝型PROM的存储单元
第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
第章P半R导O体M存的储器结构原理图
第 7 章 半导体存储器
7.2.3 可擦除的可编程只读存储器(EPROM) 可反复多次写入的存储器。 正常工作时只能读不能写。 总体结构与掩膜ROM一样,但存储单元不同。
第 7 章 半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
7.1 概述 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
第章半导体存储器
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第 7 章 半导体存储器
7.1 概 述
半导体存储器 —— 能存储大量二值信息的半导体器件。
列地址译码器:输入列地址码,
输出列选择线。
③ 读写控制电路
片选信号 CS = 0 时:
当读/写控制信号R / W =0时,进
A1 A0
D00 0
数据
D3 D2 D1
010 1
EN
二极管ROM的电路结构图 第章半导体存储器
二、举例
VCC
第 7 章 半导体存储器
ROM中的数据表
A1 0 A0 1
存 储 矩 阵
A1
1
地 址 译
码
A0
器
0
W00 W11 W02 W30 输出缓冲器
1
D′3
▽
D3
0
D′2
▽
D2
1
D′1
▽
D1
1
D′0
▽
D0
地址
A1 A0
D00 0
01
数据
D3 D2 D1
010 101 1
EN
二极管ROM的电路结构图 第章半导体存储器
二、举例
VCC
第 7 章 半导体存储器
ROM中的数据表
A1 1 A0 0
存 储 矩 阵
A1
0
地 址 译
码
A0
器
1
W00 W01 W12 W30 输出缓冲器
0
D′3
▽
D3
1
D′2
▽
D2
第章半导体存储器
第 7 章 半导体存储器
7.3 随机存储器 (RAM)
可随机对任一存储地址的存储单元进行读或写操作。
7.3.1 静态随机存储器(SRAM) 一、 SRAM的结构与工作原理
① 存储矩阵
存储单元按行、列排列。 每个存储单元可写入或读出0或1。
② 地址译码器
行地址译码器:输入行地址码,
输出行选择线。