1、7 半導體存儲器教學基本要求：掌握半導體存儲器字、位、存儲容量、地址等基本概念。正確理解RAM、ROM的工作原理及典型應用。了解存儲器存儲單元的組成及工作原理。7.1概 述半導體存貯器屬于超大規模集成電路（VLSI），主要用于存放二進制數據，是當今計算機系統中必不可少的數字部件。 能存儲大量二值信息的器件一般結構形式輸入/出電路I/O輸入/出控制！單元數龐大！輸入/輸出引腳數目有限 半導體存貯器的容量和分類1. 容量：能夠存放的二進制數碼的個數，一般用字數位數表示如：256 4 ， 256=28 有8條地址線；4條數據線10241 ， 1024=210 有10條地址線；1條數據線102416

2、， 1024=210 有10條地址線；16條數據線2. 分類：按功能只讀存貯器ROM隨機存取存貯器RAM按工藝雙極型-TTL、ECL、I2 L單極型-PMOS、NMOS、CMOS -使用時只讀不寫，內容固定或半固定-任何時刻對任意單元可讀可寫7.2 只讀存儲器（ROM） 只讀存儲器，正常工作時其存儲的內容固定不變, 且只能讀出，不能隨時寫入。工作時，將一個給定的地址碼加到ROM的地址輸入端，便可在它的輸出端得到一個事先存入的確定數據。ROM存貯器的分類按存貯矩陣中器件類型 掩模ROM-PROM-EPROM-Flash Memary-E2PROM-二極管ROM三極管ROMMOS管ROM按寫入方式

3、廠家裝入數據，永不改變用戶裝入，只可裝一次，永不改變用戶裝入，紫外線可擦除用戶裝入，電可擦除高集成度，大容量，低成本, 使用方便存儲矩陣輸出控制電路 地址譯碼器數據輸出地址輸入7.2.1 ROM的基本結構 ROM主要由地址譯碼器、存儲單元矩陣和輸出控制電路三部分組成。字線容量=字線位線位線控制信號輸入1、ROM（二極管PROM）結構示意圖存儲矩陣位線字線輸出控制電路容量=4X4000101111101111010001101 每根字線與位線的交點都是一個存儲單元。交點處有二極管相當存“1”，無二極管相當存“0”地 址A1A0D3D2D1D0內 容當OE=1時輸出為高阻態當OE=0時2、 三極管

4、ROM PROM-在出廠時全部存儲 “1”，用戶可根據需要將某些單元改寫為 “0”, 但是，只能改寫一次，稱為 PROM。字線位線 若將熔絲燒斷，該單元則變成“0”。顯然，一旦燒斷后不能再恢復。7.2.2 ROM編程工藝與分類溶絲 可擦除可編程ROM-EPROMSIMOS管利用浮柵上是否累積有負電荷來存儲二值數據。存儲單元采用N溝道疊柵管(SIMOS)。其結構如下：寫入數據前，浮柵不帶電荷，要想使其帶負電荷，需在漏、柵級上加足夠高的電壓25V即可。若想擦除，可用紫外線或X射線，距管子2厘米處照射15-20分鐘。 若浮柵上沒有電荷，給控制柵加上控制電壓，MOS管導通. 若浮柵上帶有負電荷，襯底表

5、面可感應正電荷，這使得MOS管的開啟電壓變高，如果給控制柵加上同樣的控制電壓，MOS管則不能導通。 用紫外線擦除的PROM（UVEPROM）與EPROM的區別是： 浮柵延長區與漏區N+之間的交疊處有一個厚度約為80A (埃)的薄絕緣層。隧道MOS管 -E2PROM可用電擦除信息，以字為單位，速度高，可重復擦寫1萬次。與EPROM的區別是: 1.閃速存儲器存儲單元MOS管的源極N+區大于漏極N+區，而SIMOS管的源極N+區和漏極N+區是對稱的； 2. 浮柵到P型襯底間的氧化絕緣層比SIMOS管的更薄。快閃存儲器 Flash Memory快閃存儲器的大容量、可讀寫、非易失性使之得到廣泛應用，基本

6、取代PC機中軟盤7.2.3 集成電路ROMAT27C010 128K 8位ROM 使能片選編程 工作模式A16 A0VPPD7 D0讀00XAiX數據輸出輸出無效X1XXX高阻等待1XXAiX高阻快速編程010AiVPP數據輸入編程校驗001AiVPP數據輸出工作模式其它常用典型的集成ROM1、并行輸出：AT27系列（EPROM）;2、串行輸出（I2C）：AT24C系列（EEPROM）3、串行輸出（SPI）：AT93C系列（EEPROM）AT28系列（EEPROM） 7.2.4 ROM的讀操作與時序圖（并行）（2）加入有效的片選信號（3）使輸出使能信號 有效，經過一定延時后，有效數據出現在數據

7、線上；（4）讓片選信號 或輸出使能信號 無效，經過一定延時后數據線呈高阻態，本次讀出結束。（1）欲讀取單元的地址加到存儲器的地址輸入端；（1） 用于存儲固定的數據、表格（2） 碼制變換7.2.5 ROM應用舉例（3） 用戶程序的存貯（4） 構成組合邏輯電路例1 用ROM實現十進制譯碼顯示電路。m0m1m2m9例2 用ROM實現邏輯函數： 2/4線譯碼器A1A0m0m1m2m3D0 D1 D2 D3 RAM是隨機存取存儲器，在任意時刻，對任意單元可進行存/取（即：讀/寫）操作。 7.3 隨機存取存儲器（RAM）特點:靈活 - 程序、數據可隨時更改易失 - 斷電或電源電壓波動, 將會使內容丟失。7

8、.3.1 靜態隨機存取存儲器 (SRAM)1. SRAM 的基本結構及輸入輸出100CE OE WE =100保持CE OE WE =00X數據輸入CE OE WE =010數據輸出CE OE WE =011輸出端呈高阻態01000X011SRAM 的工作模式（如：6116，6264） 工作模式 CE WE OE I /O0 I /Om-1 保持(微功耗) 1 X X 高阻 讀 0 1 0 數據輸出 寫 0 0 1 數據輸入 輸出無效 0 1 1 高阻 2. SRAM存儲單元 靜態SRAM(Static RAM)簡單SR鎖存器列存儲單元公用的門控制管，與讀寫控制電路相接Yi 1時導通本單元門控

9、制管:控制觸發器與位線的接通。Xi =1時導通來自列地址譯碼器的輸出來自列地址譯碼器的輸出T5、T6導通T7 、T8均導通Xi =1Yj =1觸發器的輸出與數據線接通，該單元通過數據線讀取數據。觸發器與位線接通1、動態存儲單元及基本操作原理 T / 存儲單元寫操作:X=0 =0T導通，電容器C與位線B連通 輸入緩沖器被選通，數據DI經緩沖器和位線寫入存儲單元 如果DI=1，則向電容器充電，反之電容器放電。未選通的緩沖器呈高阻態。 - 刷新R行選線X讀/寫輸出緩沖器/靈敏放大器刷新緩沖器輸入緩沖器位線B7.3.2 動態隨機存取存儲器 T 刷新R行選線X讀/寫輸出緩沖器/靈敏放大器刷新緩沖器輸入緩

10、沖器位線B讀操作: X=0 =1T導通，電容器C與位線B連通 輸出緩沖器/靈敏放大器被選通，C中存儲的數據通過位線和緩沖器輸出 每次讀出后，必須及時對讀出單元刷新，即此時刷新控制R也為高電平，則讀出的數據又經刷新緩沖器和位線對電容器C進行刷新。 7.4 存儲容量的擴展1. 位數（字長）的擴展 如果單片RAM的字數夠用，但每個字的位數不夠，可采用位擴展的連接方式。將多片芯片并聯，即地址線、讀/寫線、片選信號對應并聯，各芯片的I/O口作為整個RAM輸入/出數據端的一位。例1 將4K4位的RAM擴展為4K8位的RAMCSA11A0R/W R/WCSA0A114K4位（1）I/O0 I/O1 I/O2

11、 I/O3R/WCSA0A114K4位（2）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3D0 D1 D2 D3D4 D5 D6 D72. 字數的擴展(1)(2)(3)(4)芯片139輸出A14A13 1Y00 0 2Y10 13Y21 04Y31 1 字數的擴展可利用譯碼器，將譯碼器的輸出控制各個RAM的片選信號CS來實現。 例2 將8K8位的RAM擴展為32K8位的RAM 8K的RAM有地址線13根，要想擴展為32K的，還差兩根地址線 D0D78A14A1332K8位存儲器系統的地址空間分配表各RAM芯片譯碼器有效輸出端擴展的地址輸入端A14 A138K8位RAM芯片地址輸入端A12 A11 A1

12、0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0對應的十六進制地址碼10 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10000H0001H0002H1FFFH20 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12000H2001H2002H3FFFH 31 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14000H4001H4002H5FFFH 4Y0Y1Y2Y31 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0