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第七章 半导体 存储器 7.1 随机存取存储器 7.2 只读存储器

第七章 半导体 存储器 7.1 随机存取存储器 7.2 只读存储器. 按功能，存储器分为： 只读存储器（ READ － ONLY MEMORY ， ROM ） 随机存取存储器（ RANDOM － ACCESS MEMORY ， RAM ） 顺序存取存储器（ SEQUENTIAL ACCESS MEMORY ， SAM ）. 7.1 随机存取存储器. 在 使用 RAM 时可以随时从任一指定地址取出（读出）数据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单元中去。 优点 ：读写方便，使用灵活。 缺点 ：存在易失性，一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数据长期保存 。.

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第七章 半导体 存储器 7.1 随机存取存储器 7.2 只读存储器

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  1. 第七章半导体存储器 7.1随机存取存储器 7.2只读存储器 按功能，存储器分为： 只读存储器（READ－ONLY MEMORY，ROM） 随机存取存储器（RANDOM－ACCESS MEMORY，RAM） 顺序存取存储器（SEQUENTIAL ACCESS MEMORY，SAM）

  2. 7.1 随机存取存储器 • 在使用RAM时可以随时从任一指定地址取出（读出）数据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单元中去。 • 优点：读写方便，使用灵活。 • 缺点：存在易失性，一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数据长期保存。 按存储单元的特性分为： SRAM：静态随机存储器 DRAM：动态随机存储器

  3. 地址译码器 地址输入 读/写控制电路 数据输入/输出 (I/O) 存储矩阵 CS 7.1.1 RAM的结构及工作原理 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，见图1。 随机存取存储器（RAM）结构框图

  4. SRAM的静态存储单元 六管CMOS存储单元 六管NMOS存储单元 >

  5. 存储矩阵：在译码器和读/写控制电路的控制下既可以写入1或0，又可以将所存储的数据读出。存储矩阵中的单元个数即存储容量存储矩阵：在译码器和读/写控制电路的控制下既可以写入1或0，又可以将所存储的数据读出。存储矩阵中的单元个数即存储容量 • 地址译码器：将输入的地址代码译成某一条字线的输出信号，使连接在这条字线上的存储单元或读/写控制电路接通，然后才能对这些单元进行读或写。 • 读/写控制电路：对电路的工作状态进行控制 • 片选输入端CS，读/写控制，输出缓冲电路 ，执行读操作，将存储单元里的内容送到输入/输出端上； ，执行写操作，输入/输出线上的数据被写入存储器； CS=1时RAM的输入/输出端与外部总线接通； CS=0时RAM的输入/输出端呈高阻态，不能与总线交换数据；

  6. A3 X0 行地址译码器 A4 存储矩阵 6464 A5 A6 A7 X63 A8 G1 I/O1 输入/输出电路 G2 I/O2 Y0 Y15 G3 I/O3 G4 I/O4 列地址译码器 G5 G10 G6 A0 A1 A2 A9 G7 G9 G8 图2 2114的结构框图

  7. =1， =0时，门G9输出高电平，使缓冲器G5～G8工作，门G10输出低电平，使G1～G4禁止，这时由地址码指定的四个存储单元中的数据被送到I/O1～I/O4，实现读操作。 • =0， =0，G1～G4工作，G5～G8禁止，加到I/O1～I/O4上的数据被写入指定的四个存储单元。 • =1时，门G1～G8禁止，将存储器内部电路与外部连线隔离，可以直接把I/O1～I/O4与系统总线相连使用。 • 共有1024×4=4096个存储单元，排成64×64矩阵。 • 1024（=210），共有10个地址输入端A0～A9。 • 分成两组译码 • I/O1～I/O4既是数据输入端也是数据输出端

  8. 7.1.2 RAM的扩展 ⒈位数的扩展 >

  9. 2 字扩展方式 • 如果每一片RAM中的位数已够用而字数不够用时，应采用字扩展方式（也称地址扩展方式）。 • 例2用四片256×8位RAM接成一个1024×8位RAM • 256（=28），1024（=210），每一片RAM只有八位地址输入端，而1024为10位地址输入端，故需增加两位地址码A9、A8。 • 由于每一片RAM的数据端I/O1～I/O8都有三态缓冲器，而它们又不会同时出现低电平，故可将它们的数据端并联起来，作为整个RAM的八位数据输入/输出端。

  10. I/O8 I/O1 256 × 8 RAM(1) 256 × 8 RAM(2) 256 × 8 RAM(3) 256 × 8 RAM(4) A0 A1 A7 A0 A1 A7 A0 A1 A7 A0 A1 A7 A0 A1 A7 2-4线译码器 A8 A9 图4 RAM的字扩展接法

  11. 图4中各片RAM电路的地址分配

  12. 7.1.3 RAM的时序问题 • 为保证存储器的正常工作，必须满足读、写周期的时序要求，即各信号之间的时间关系。 • 以2114（1024×4）RAM为例 • 读周期 tRC tA 地址有效 地址A0~A9 tCO tOTD tCX tOHA 数据输出 输出有效

  13. tWC 地址A0~A9 地址有效 tWR tW tAW tOTW 数据输出 tDW tDH 数据输入 输入有效 • 写周期

  14. 7.2 只读存储器（READ－ONLY MEMORY，ROM） • 各种存储器中结构最简单的一种。在正常工作时它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能随时写入，故称只读存储器。 • 分类： • 使用的器件类型: 二极管ROM • 双极型三极管ROM • MOS管ROM • 数据的写入方式: • 固定ROM：无法更改，出厂时已定 • 可编程ROM（PROM）：用户只可写入一次 • 可擦可编程ROM（EPROM）：可写可擦，但费时长，操作复杂 • 电抹可编程ROM（E2PROM） • ROM电路都包含地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲器三个部分

  15. PROM：所有的存储单元均为0或1，可根据需要改写一次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

  16. 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 • ROM的应用 • 实现组合逻辑函数，代码转换，字符发生器，数学函数表，实现时序电路中组合逻辑部分 • ROM也可按RAM的级联方式扩展

  17. 只读存储器（ROM） ROM的结构 ROM的基本结构 二极管ROM的结构图 < >

  18. ROM的编程与分类 ⑴掩模ROM ⑵可编程ROM（PROM） ①熔丝型PROM存储单元 ②PN结击穿法PROM存储单元 目录 < > 总目录 退出

  19. ⑶可察除的可编程ROM（EPROM） ①叠栅注入MOS管（SIMOS）的结构和符号 ②E PROM的存储单元、Flotox管的结构和符号 2 Flotox管的结构和符号 E PROM的存储单元 2 目录 < > 总目录 退出

  20. ③快闪存储器（Flash Memory） 叠栅MOS管 存储单元 目录 < > 总目录 退出

  21. VCC 与阵 地址译码器 A1 A0 或阵 W0 W1 W2 W3 D’3 存储矩阵 D3 D’2 D2 D’1 D1 D’0 D0 • 固定ROM 图5 二极管ROM

  22. 两位地址输入A1，A0；四位数据输出D3D2D1D0； 存储单元为二极管；存储容量为4×4位。 工作原理： 地址译码器将地址A1A0译成W0～W3中的一个高电平输出信号。 存储矩阵实际上是一个编码器，当W0～W3输出高电平信号，则在D0～D3输出一个四位二值代码。 A1A0=10, W2=1, W0=W1=W3=0, 只有D2’一根位线与W2之间有二极管，二极管导通，D2’=1,D0’=D1’=D3’=0 D3D2D1D0=0100

  23. A1 A0 W0 W1 W2 W3 D’3 D3 D’2 D2 D’1 D1 D’0 D0 最小项 图6二极管ROM的结点图（阵列图）

  24. W0 W1 W2 W3 VDD D3 D2 D1 D0 图7NMOS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

  25. 例1用一个ROM实现如下函数，并画出其结点图 • 将函数写成最小项之和的形式 • 确定地址和输出 • 输入变量为A、B、C、D，地址为4位；函数F1、F2，输出为2个，应选用24×2的ROM

  26. 画结点图 D C B A W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15 F1 D’2 F2 D’1 思考题 用ROM实现：当八个输入信号中仅有一个为1时，输出才为1

  27. 二进制码转换为格雷码的真值表 G3=∑m（8，9，10，11， 12，13，14，15） G2=∑m（4，5，6，7，8， 9，10，11） G1=∑m（2，3，4，5， 10，11，12，13） G0=∑m（1，2，5，6，9， 10，13，14） >

  28. 二进制码转换为格雷码的阵列图及逻辑符号图 逻辑符号图 二进制码转换为格雷码的阵列图 >

  29. 本章小结： 一、只读存储器ROM(Read Only Memory) 1．供电电源切断时，ROM中存储的信息不会丢失的特性。 2. ROM的基本结构是由一个固定连接的与门阵列和一个可编程连接的或门阵列所组成。 3. 是一种在正常工作情况下只能读取而不能写入数据的存储器，在计算机中主要用于存放执行程序、数据表格和字符等。 二、随机存取存储器（RAM） 1．按存储单元的特性分为： SRAM：静态随机存储器 DRAM：动态随机存储器 2．在使用时可以随时从任一指定地址取出（读出）数据，也可以随时将数据存入（写入）任何指定地址的存储单元中去。 3．特点：优点是读写方便，使用灵活。缺点是存在易失性，一旦断电所存储的数据便会丢失，不利于数据长期保存。

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