七章半导体存储器.ppt
第七章 半导体存储器,存储器用以存储二进制信息的器件。 半导体存储器的分类： 根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类： （1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。 （2）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。 存储器的容量：存储器的容量=字长（n）×字数（m）,一 RAM的基本结构 由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。,7.1 随机存取存储器（RAM）,1. 存储矩阵,图中，1024个字排列成32×32的矩阵。 为了存取方便，给它们编上号。 32行编号为X0、X1、X31， 32列编号为Y0、Y1、Y31。 这样每一个存储单元都有了一个固定的编号，称为地址。,2地址译码器将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。 采用双译码结构。 行地址译码器：5输入32输出，输入为A0、A1 、A4， 输出为X0、X1、X31； 列地址译码器：5输入32输出，输入为A5、A6 、A9，输出为Y0、Y1、Y31， 这样共有10条地址线。,例如，输入地址码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001，则行选线 X11、列选线Y01，选中第X1行第Y0列的那个存储单元。,3 RAM的存储单元,例. 六管NMOS静态存储单元,4. 片选及输入/输出控制电路,当选片信号CS1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3均处于高阻状态，输入/输出（I/O）端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作；,当CS0时，芯片被选通：当 1时，G5输出高电平，G3被打开，于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端，存储器执行读操作；,当 0时，G4输出高电平，G1、G2被打开，此时加在I/O端的数据以互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。,二. RAM的工作时序（以写入过程为例）,读出操作过程如下： （1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端； （2）加入有效的选片信号CS； （3）将待写入的数据加到数据输入端。 （3）在 线上加低电平，进入写工作状态； （4）让选片信号CS无效，I/O端呈高阻态。,三 RAM的容量扩展,1位扩展 用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。,2字扩展 用8片1K×8位RAM构成的8K×8位RAM。,RAM的芯片简介(6116) 6116为2K×8位静态CMOSRAM 芯片引脚排列图： A0A10是地址码输入端，D0D7是 数据输出端， 是选片端， 是输出使能端， 是写入控制端。,（2）一次性可编程ROM（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。,7.2 只读存储器(ROM),一 ROM的分类 按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种： （1）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。,（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。,（5）快闪存储器（Flash Memory）。也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入100次以上。,（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。,二ROM的结构及工作原理 1. ROM的内部结构 由地址译码器和存储矩阵组成。,2. ROM的基本 工作原理： 由地址译码器 和或门存储矩阵组成。,例：存储容量为4×4的ROM,二极管固定ROM举例 （1）电路组成：,由二极管与门和 或门构成。 与门阵列组成 译码器，或门 阵列构成存储 阵列。,（2）输出信号表达式,与门阵列输出表达式：,（3）ROM存储内容的真值表,或门阵列输出表达式：,1.作函数运算表电路 【例7.21】试用ROM构成能实现函数y=x2的运算表电路，x的取值范围为015的正整数。,三 ROM的应用,【解】（1）分析要求、设定变量 自变量x的取值范围为015的正整数，对应的4位二进制正整数，用B=B3B2B1B0表示。根据y=x2的运算关系，可求出y的最大值是152225，可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。,（2）列真值表函数运算表,Y7=m12+m13+m14+m15,（3）写标准与或表达式,Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12,Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15,Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15,Y3=m3+m5+m11+m13,Y1=0,Y2=m2+m6+m10+m14,(4)画ROM存储矩阵结点连接图 为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。,Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15,【解】 （1）写出各函数的标准与或表达式： 按A、B、C、D顺序排列变量，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。,2.实现任意组合逻辑函数,【例7.22】试用ROM实现下列函数：,（2）选用16×4位ROM，画存储矩阵连线图：,四EPROM举例2764,五.ROM容量的扩展,（1）字长的扩展（位扩展）,现有型号的EPROM，输出多为8位。 下图是将两片2764扩展成8k×16位EPROM的连线图。,用8片2764扩展成64k×8位的EPROM：,（2）字数扩展（地址码扩展）,本章小节,2RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读写存储器。它包含有SRAM和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而DRAM则必需定期刷新。,1半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件，它可分为RAM和ROM两大类。,3ROM是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。后者又可细分为PROM、EPROM、E2PROM和快闪存储器等，特别是E2ROM和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了RAM的特性。,4从逻辑电路构成的角度看，ROM是由与门阵列（地址译码器）和或门阵列（存储矩阵）构成的组合逻辑电路。ROM的输出是输入最小项的组合。因此采用ROM构成各种逻辑函数不需化简，这给逻辑设计带来很大方便。随着大规模集成电路成本的不断下降，利用ROM构成各种组合、时序电路，愈来愈具有吸引力。,
