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1、数字电子技术基础（第五版）教学课件,刘伯恕福州大学电气工程与自动化学院 电工电子教学中心,第七章 半导体存储器,7.1 概述,半导体存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。,只能读出不能写入,断电不失,有时往里写数，有时往外读数,断电即失,详细分类：,掩模ROM,可编程ROM（PROM）,可擦除可编程ROM（EPROM）,随机存储器RAM,静态存储器SRAM,动态存储器DRAM,UVEPROM,EEPROM,只读存储器ROM,Flash Memory,电可擦除,紫外线擦除,快闪存储器,7.2 只读存储器(ROM),7.2.1 掩模ROM,又称为固定ROM。工厂按用户要求生产出来
2、后，用户不能改动。,一、结构,存储矩阵：分为N行，M列，交点是存储单元（下面会讲），存储单元里可以存1或0,地址译码器：是二进制译码器。输入 是”地址输入”，n位，输出是N=2n位,每一个输出对应着存储矩阵的一行。对应于不同的地址，输出中就有一根有效（有效可以是低电平也可以是高电平）。输出线是存储矩阵的输入线，称为字线。,选中了一根字线，就选中了这根字线上的存储单元。,存储矩阵的输出，称为位线。选中的存储单元的数，通过位线送出去。,工作过程：来一组地址码，选中一根字线，字线所对应的存储单元的数据，从位线上送出来。,输出是什么，取决于各个存储单元存的数。,如果地址n10位，数据输出8位，ROM矩
3、阵的容量？,二、存储器的容量,图中的存储矩阵有四条字线和四条位线。共有十六个交叉点，每个交叉点都可看作一个存储单元。,如：字线W0与位线有四个交叉点，其中与位线d0和d2交叉处接有二极管。当选中W0（设为高电平）字线时，两个二极管导通，使位线d0和d2为“1”，这相当于接有二极管的交叉点存“1”。,存储单元：,储存单元：除了可由二极管构成外，还可由双极性三极管或MOS管构成。,交叉点处接有二极管时，相当于存“1”；,交叉点处没有接二极管时，相当于存“0”；,利用存储器件的导通或截止来存储一位二进制数。,ROM中的存储数据:,简化的 ROM存储矩阵阵列图：,从点阵图得输入输出关系：,不关心内部怎
4、么构成，只关心存0还是存1：点个“”，存入1；没有“”，存入0,A0,A1,d0,d1,d2,d3,0 0 0 1 0 1,1 0 1 1,1 0,1 1 1 1 1 0,0 1,1 0 0 1 0 0,1 1,若给的是存储器的真值表，,能写出输出表达式吗？（竖看表）,以上我们学习了从“点阵 图”“输入输出关系表”,（真值表）,地址译码器相当于“与”矩阵，提供最小项,存储矩阵相当于“或”矩阵，将所得与项有选择地相加,与矩阵固定,或矩阵可编程的。“”可以点在不同位置,举例：地址译码器,二极管与门阵列组成的 二进制译码器,“与”逻辑,三 MOS场效应管构成的存储矩阵,负载管，相当于电阻,0,0,1
5、,1,1,1,0,0,7.2.2 可编程ROM（PROM）,总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同,7.2.3 可擦除的可编程ROM（EPROM）,总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同一、UVEPROM用紫外线擦除的PROM,最早出现的EPROM。通常说的EPROM就是指这种。,N沟道增强型MOS管；有两个栅极。,构造：,在控制栅GC上加正常高电平时，能在漏-源间构成导电通道，使SIMOS导通,电荷注入后，需要在GC上加更高压才能形成导电沟道VTH提高,用SIMOS构成的EPROM,2561位的EPROM，排成1616的矩阵,读出时：,将地址低四位加到列地址译码器上，Bi=1，选中一列。
6、,将地址高四位加到行地址译码器上，Wi=1，选中一行；,EN0时，此位数据传到D（已注入电荷的SIMOS不通，为1；未注入电荷的SIMOS通，为0。,二、电可擦除的可编程ROM（E2PROM）总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同,EPROM用紫外线擦除操作复杂，速度很慢。E2PROM采用浮栅隧道氧化层MOS管，用电信号进行擦除，应用起来比EPROM方便。,三、快闪存储器（Flash Memory）,E2PROM的存储单元用了两只MOS管，影响了集成度的提高。快闪存储器采用新型隧道氧化层MOS管，集成度很高。,7.5 用ROM实现组合逻辑函数,一、基本原理,根据函数的形式向ROM中写入相应的
7、数据。,例1:,将原函数化成最小项之和形式,ROM点阵图,例2：用ROM实现全加器,根据真值表可得：,根据真值表可得：,8根字线,在哪点“”？,2根位线,7.3 随机存储器RAM,随机存取存储器（RAM），它能随时从任何一个指定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读/写存储器。,ROM一般只是读出数据；EPROM等编程需要专门的设备和软件，要改变需要先擦除。是离线操作：把芯片从电路板取出。,一、结构与工作原理,片选,读/写控制,数据线,7.3.1 静态随机存储器（SRAM）,1.存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码
8、“1”或“0”。与ROM不同的是RAM存储单元的必须由具有记忆功能的电路构成。,2.地址译码器：与ROM相同。,3.读/写控制电路：当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。,4.片选控制：当CS=0时，选中该片RAM工作，CS=1时该片RAM不工作。,二、SRAM的存储单元,六管N沟道增强型MOS管,反相器,二、SRAM的存储单元,六管N沟道增强型MOS管,7.4 RAM容量的扩展,7.4.1 位扩展方式适用于每片RAM字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可,例：用八片1024 x 1位 1024 x 8位的RAM,7.4.2 字扩展方式,适用于每片RAM位数够用而字数不够时,例：用四片256 x 8位1024 x 8位 RAM,接法：片内地址信号并联；多余地址端通过译码器接至各片的片选端；I/O同名端并联。,
