第9章__半導體存儲器

1、精選課件第第9 9章章 半導體存儲器半導體存儲器 半導體存儲器（簡稱存儲器）是存儲大量二進半導體存儲器（簡稱存儲器）是存儲大量二進制數(shù)據(jù)的邏輯部件。制數(shù)據(jù)的邏輯部件。它是數(shù)字系統(tǒng)，特別是計算機，它是數(shù)字系統(tǒng)，特別是計算機，不可缺少的組成部分。不可缺少的組成部分。 存儲器的容量越大，計算機的處理能力越強，存儲器的容量越大，計算機的處理能力越強，工作速度越快。工作速度越快。因此，存儲器采用先進的大規(guī)模集因此，存儲器采用先進的大規(guī)模集成電路技術(shù)制造，盡可能地提高存儲器的容量。成電路技術(shù)制造，盡可能地提高存儲器的容量。 本章介紹常用的半導體存儲器的結(jié)構(gòu)、工作原本章介紹常用的半導體存儲器的結(jié)構(gòu)、工作原理

2、和使用方法。理和使用方法。精選課件9.1 半導體存儲器基礎(chǔ)半導體存儲器基礎(chǔ)9.2 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM）9.3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）9.4 閃存（閃存（Flash Memories）9.5 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展第第9章章 半導體存儲器半導體存儲器精選課件9.1 9.1 半導體存儲器基礎(chǔ)半導體存儲器基礎(chǔ)1. 1. 半導體存儲器的結(jié)構(gòu)框圖半導體存儲器的結(jié)構(gòu)框圖 存儲存儲1 1或或0 0的電路稱為的電路稱為存儲單元存儲單元，存儲單元的集合形成，存儲單元的集合形成存儲陣存儲陣列列（通常按行列排成矩陣）。（通常按行列排成矩陣）。 字字: :存儲陣列中二進制數(shù)據(jù)存

3、儲陣列中二進制數(shù)據(jù)的的信息單位信息單位（與計算機不同?。＃ㄅc計算機不同?。?。 最小的信息單位是最小的信息單位是1 1位（位（BitBit），），8 8位二進制信息稱為位二進制信息稱為1 1個個字節(jié)字節(jié)(Byte)(Byte)，4 4位二進制信息則稱為位二進制信息則稱為1 1個個半字節(jié)半字節(jié)(Nibble)(Nibble)。存儲器由尋址電路、存儲陣列和讀寫電路組成。存儲器由尋址電路、存儲陣列和讀寫電路組成。 精選課件 為便于對每個字進行必要的操作，存儲陣列按字組織成直觀的為便于對每個字進行必要的操作，存儲陣列按字組織成直觀的存儲結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)圖圖。例如，。例如，6464位存儲陣列：位存儲陣列：8

4、 8字字8 8位，位， 1616字字4 4位，位， 6464字字1 1位。位。 字字地地址址位地址位地址字字地地址址位地址字字地地址址 每個存儲單元的位置由每個存儲單元的位置由行序號和列序號唯一確定行序號和列序號唯一確定。每個字的。每個字的行序號稱為它行序號稱為它的地址的地址，用二進制碼表示（，用二進制碼表示（A An-1n-1AA1 1A A0 0）；）；列序號表示二進制位在每個字中的位列序號表示二進制位在每個字中的位置置。例如，按例如，按4 4位組織的、地址為位組織的、地址為1414的字存儲單元的信息是的字存儲單元的信息是11101110。精選課件 存儲單元的總數(shù)定義為存儲單元的總數(shù)定義為

5、存儲器的容量存儲器的容量，它等于存儲器的，它等于存儲器的字數(shù)和每字位數(shù)之積。字數(shù)和每字位數(shù)之積。 例如，例如，10位地址碼，每字位地址碼，每字8位，則存儲容量為位，則存儲容量為 210 Bytes =1024Bytes=1kB=8kbits。 1MB=220B GB=230B精選課件 讀操作（取數(shù)操作）：輸入An-1A1A0，尋址電路將地址碼轉(zhuǎn)換成字線上的有效電平選中字存儲單元。在片選信號CS有效和讀寫信號為高電平時，讀寫電路通過存儲陣列的位線，將選中的字存儲單元的m位數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上-110。 寫操作（存數(shù)操作）：輸入An-1A1A0，尋址電路將地址轉(zhuǎn)換成字線上的有效電平選中字存儲單元。

6、在片選信號CS有效和讀寫信號為低電平時，讀寫電路通過存儲陣列的位線將數(shù)據(jù)總線上的m位數(shù)據(jù)-110寫入選中的字存儲單元中保存。存儲器具有2種基本的操作：寫操作和讀操作。精選課件 在復雜的數(shù)字系統(tǒng)（例如數(shù)字計算機）中，多個功能電路間在復雜的數(shù)字系統(tǒng)（例如數(shù)字計算機）中，多個功能電路間利用一組公共的信號線（導線或其他傳導介質(zhì)）實現(xiàn)互連，并分利用一組公共的信號線（導線或其他傳導介質(zhì)）實現(xiàn)互連，并分時傳輸信息，這樣的一組信號線稱為時傳輸信息，這樣的一組信號線稱為總線總線。 在存儲器中，在存儲器中，數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線-110是雙向總線（輸入是雙向總線（輸入/輸輸出，常用表示出，常用表示I/Om-1，I/O1

7、，I/O0）；）； 地址總線地址總線An-1A1A0和和控制總線控制總線（CS， ）則是單向總線）則是單向總線（輸入）。（輸入）。 在存儲器內(nèi)部，屬于同一位的存儲單元共用位線，陣列中的在存儲器內(nèi)部，屬于同一位的存儲單元共用位線，陣列中的存儲單元通過位線與讀寫電路交換數(shù)據(jù)。存儲單元通過位線與讀寫電路交換數(shù)據(jù)。WR/精選課件2.2.半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類 隨機讀寫存儲器隨機讀寫存儲器的寫操作時間和讀操作時間相當（都是納秒的寫操作時間和讀操作時間相當（都是納秒級），工作時能夠隨時快速地讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。即工作時讀寫存級），工作時能夠隨時快速地讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。即工作時讀寫存儲器具有存入和取

8、出數(shù)據(jù)儲器具有存入和取出數(shù)據(jù)2 2種功能。種功能。 工作時只能快速地讀取已存儲的數(shù)據(jù)、而不能快速地隨時寫工作時只能快速地讀取已存儲的數(shù)據(jù)、而不能快速地隨時寫入新數(shù)據(jù)的存儲器稱為入新數(shù)據(jù)的存儲器稱為只讀存儲器（只讀存儲器（ROMRead Only MemoryROMRead Only Memory）。）。 閃存（閃存（Flash MemoryFlash Memory）工作時可以進行讀或?qū)懖僮?，但閃存工作時可以進行讀或?qū)懖僮?，但閃存的每個存儲單元寫操作時間長，不能隨機寫入數(shù)據(jù)，適合對眾多的每個存儲單元寫操作時間長，不能隨機寫入數(shù)據(jù)，適合對眾多存儲單元批量地寫入數(shù)據(jù)。存儲單元批量地寫入數(shù)據(jù)。 按功能

9、，存儲器分為按功能，存儲器分為只讀存儲器、隨機讀寫存儲器（或稱為只讀存儲器、隨機讀寫存儲器（或稱為存取存儲器）和閃存。存取存儲器）和閃存。 只讀存儲器的寫操作時間只讀存儲器的寫操作時間( (毫秒級毫秒級) )遠比讀操作時間（納秒級）遠比讀操作時間（納秒級）長，數(shù)據(jù)必須在工作前寫入存儲器，上電工作后只能從存儲器中長，數(shù)據(jù)必須在工作前寫入存儲器，上電工作后只能從存儲器中讀出數(shù)據(jù)，才不影響數(shù)字系統(tǒng)的工作速度。讀出數(shù)據(jù)，才不影響數(shù)字系統(tǒng)的工作速度。 精選課件按尋址方式，存儲器分為順序?qū)ぶ反鎯ζ骱碗S機尋址存儲器。 順序?qū)ぶ反鎯ζ魇前吹刂讽樞虼嫒牖蜃x出數(shù)據(jù)，其存儲陣列的存儲單元連接成移位寄存器。有先進先出

10、（FIFOFirst In First Out）和先進后出（FILO- First In Last Out）2種順序?qū)ぶ反鎯ζ鳌?隨機尋址存儲器:可以隨時從任何一個指定地址寫入或讀出數(shù)據(jù)的存儲器。隨機尋址存儲器的尋址電路通常采用1個或2個譯碼器。 采用隨機尋址方式的隨機讀寫存儲器稱為隨機存取存儲器（RAMRandom Access Memory）。只讀存儲器（ROM）和閃存也采用隨機尋址方式。 存儲器還可分為易失型存儲器和非易失型存儲器。如果掉電（停電）后數(shù)據(jù)丟失，則是易失型存儲器；否則，是非易失型存儲器。RAM是易失型存儲器，而ROM和閃存是非易失型存儲器。精選課件常用存儲器的尋址方式和功能

11、常用存儲器的尋址方式和功能存儲器功能尋址方式掉電后說 明隨機存取存儲器（RAM） 讀、寫隨機尋址數(shù)據(jù)丟失只讀存儲器（ROM）讀隨機尋址數(shù)據(jù)不丟失工作前寫入數(shù)據(jù)閃存（Flash Memory）讀、寫隨機尋址數(shù)據(jù)不丟失先進先出存儲器（FIFO） 讀、寫順序?qū)ぶ窋?shù)據(jù)丟失先進后出存儲器（FILO） 讀、寫順序?qū)ぶ窋?shù)據(jù)丟失精選課件9.2 9.2 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAMRAM）9.2.1 9.2.1 靜態(tài)隨機存取存儲器（靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAMSRAM）9.2.2 9.2.2 動態(tài)隨機存取存儲器（動態(tài)隨機存取存儲器（DRAMDRAM） 存儲單元是存儲器的核心。根據(jù)存儲單元記憶存儲單元是

12、存儲器的核心。根據(jù)存儲單元記憶0 0或或1 1的原理，的原理，隨機存取存儲器分為隨機存取存儲器分為靜態(tài)隨機存儲器（靜態(tài)隨機存儲器（SRAMStatic RAMSRAMStatic RAM）和動）和動態(tài)隨機存取存儲器態(tài)隨機存取存儲器(DRAMDynamic RAM)(DRAMDynamic RAM)。 按所用元件的不同，分雙極型和按所用元件的不同，分雙極型和MOSMOS型兩種。鑒于型兩種。鑒于MOSMOS電路電路具有功耗低、集成度高的優(yōu)點，目前大容量的存儲器都是具有功耗低、集成度高的優(yōu)點，目前大容量的存儲器都是MOSMOS型型存儲器。存儲器。精選課件 T1T4構(gòu)成CMOS基本RS觸發(fā)器，存儲0或

13、1。1. SRAM的靜態(tài)存儲單元 T5和T6是行字線Xi選通基本RS觸發(fā)器的NMOS開關(guān)管，實現(xiàn)基本RS觸發(fā)器的三態(tài)輸入/輸出，即開關(guān)管導通時傳遞0或1，截止時為高阻態(tài)。 T7和T8則是列字線Yj選通基本RS觸發(fā)器的NMOS開關(guān)管，控制位線與讀寫電路的連接。 T7、T8和讀寫電路是一列共用。9.2.1 靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM） SRAM的存儲單元是用基本RS觸發(fā)器記憶0或1的靜態(tài)存儲單元。精選課件 當Xi=Yj=1時，T5T8導通，將基本RS觸發(fā)器與讀/寫電路相連。 如果CS=0、 ，則三態(tài)門緩沖器G1和G2為高阻態(tài)，而G3為工作態(tài)?；綬S觸發(fā)器的狀態(tài)輸出到數(shù)據(jù)總線上，即Dk=Q，實現(xiàn)

14、讀操作。 如果CS=0、 ，則三態(tài)門緩沖器G1和G2為工作態(tài)，而G3為高阻態(tài)。輸入電路強制基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)Dk一致，即Q=Dk，實現(xiàn)寫操作。 當CS=1時，三態(tài)門緩沖器G1、G2和G3為高阻態(tài)，數(shù)據(jù)總線Dk為高阻態(tài)?；綬S觸發(fā)器既不能輸出，也不能接受數(shù)據(jù)。1/WR0/WR精選課件 當Yj=0時，T7和T8截止，基本RS觸發(fā)器同樣不能與讀/寫電路相連，其狀態(tài)保持不變，存儲單元同樣未被選中。 顯然，當?shù)綦姇r基本顯然，當?shù)綦姇r基本RSRS觸發(fā)器的數(shù)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)丟失，所以，據(jù)丟失，所以，SRAMSRAM是揮發(fā)型存儲器。是揮發(fā)型存儲器。 當Xi=0時，T5和T6截止，基本RS觸發(fā)器不能與

15、讀/寫電路相連，其狀態(tài)保持不變，存儲單元未被選中。本單元不影響同列的其他存儲單元與位線交換數(shù)據(jù)。精選課件2.2.基本基本SRAMSRAM的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3232行行1616列列的存儲陣列，組成的存儲陣列，組成256256字字22位位的存儲結(jié)構(gòu)。的存儲結(jié)構(gòu)。雙地址譯碼雙地址譯碼存儲單元存儲單元T1T6位線開關(guān)位線開關(guān)管管T7、T8存存儲儲陣陣列列精選課件OEOE是輸出使能，低電平有效；是輸出使能，低電平有效；片選信號為：片選信號為： 低電平有效；低電平有效；存儲容量：存儲容量：8kB=8k8kB=8k8bit=65536bit8bit=65536bit靜態(tài)隨機存取存儲器靜態(tài)隨機存取存儲器MCM626

16、421EECSMCM6264MCM6264的功能表的功能表WR/E1E2OEA12A0D7D0方式1Z未選中0Z未選中0111A12A0Z輸出禁止0101A12A0O讀010A12A0I寫Z-高阻態(tài)O-數(shù)據(jù)輸出I-數(shù)據(jù)輸入精選課件3. SRAM3. SRAM的操作定時的操作定時 為了保證存儲器準確無誤地工作，作用到存儲器的地址、數(shù)為了保證存儲器準確無誤地工作，作用到存儲器的地址、數(shù)據(jù)和控制信號必須遵守一定的時間順序，即操作定時。據(jù)和控制信號必須遵守一定的時間順序，即操作定時。(1) 讀周期讀周期 讀操作要求指定讀操作要求指定字存儲單元的地址、片選信號和輸出使能有字存儲單元的地址、片選信號和輸出

17、使能有效，讀寫信號為高電平。效，讀寫信號為高電平。信號作用順序是信號作用順序是:1)指定字存儲單元的地址有效；指定字存儲單元的地址有效；2)片選信號和輸出使能有效，即片選信號和輸出使能有效，即由高變低；由高變低；3)經(jīng)過一定時間后，指定字存儲經(jīng)過一定時間后，指定字存儲單元的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上。單元的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上。 精選課件)0/(WR (2)寫周期寫周期 寫操作要求指定字存儲單元的地址、片選信號和讀寫信號寫操作要求指定字存儲單元的地址、片選信號和讀寫信號有效有效 。,0/期間在WR數(shù)據(jù)寫入到指定的字存儲單元。數(shù)據(jù)寫入到指定的字存儲單元。 大多數(shù)的大多數(shù)的SRAM，讀周期和寫周期相近，

18、為幾十個納秒。，讀周期和寫周期相近，為幾十個納秒。 信號間的定時關(guān)系信號間的定時關(guān)系1)指定字存儲單元的地址有效；指定字存儲單元的地址有效；2)片選信號有效，即由高變低；片選信號有效，即由高變低；3)待寫入的數(shù)據(jù)有效；待寫入的數(shù)據(jù)有效；4)讀寫信號有效，即由高變低；讀寫信號有效，即由高變低；精選課件4. 4. 同步同步SRAMSRAM和異步和異步SRAMSRAM 解決的辦法是：解決的辦法是：SRAMSRAM與與CPUCPU共用系統(tǒng)時鐘，共用系統(tǒng)時鐘，CPUCPU在時鐘的有效在時鐘的有效沿前給出沿前給出SRAMSRAM需要的地址、數(shù)據(jù)、片選、輸出使能和讀寫信號，需要的地址、數(shù)據(jù)、片選、輸出使能和

19、讀寫信號，時鐘有效沿到則將它們存于時鐘有效沿到則將它們存于SRAMSRAM的寄存器中；的寄存器中；CPUCPU不必等待，可不必等待，可以執(zhí)行其他指令，直到以執(zhí)行其他指令，直到SRAMSRAM完成完成CPUCPU要求的讀或?qū)懖僮?，通知要求的讀或?qū)懖僮鳎ㄖ狢PUCPU做相應的處理。之后，做相應的處理。之后，CPUCPU與與SRAMSRAM又可以進行下一次信息交換。又可以進行下一次信息交換。 在計算機中，在計算機中，SRAM通常存儲中央處理器（通常存儲中央處理器（CPU）需要的）需要的程序和數(shù)據(jù)。因為程序和數(shù)據(jù)。因為SRAM的工作速度遠低于的工作速度遠低于CPU的速度，的速度，2者交者交換信息時換

20、信息時CPU必須等待，使計算機達不到理想的工作速度。必須等待，使計算機達不到理想的工作速度。 具有信號同步寄存器的具有信號同步寄存器的SRAM稱為同步稱為同步SRAM，否則，稱為，否則，稱為異步異步SRAM。同步同步SRAM可以幫助可以幫助CPU高速執(zhí)行指令，即提高計高速執(zhí)行指令，即提高計算機的工作速度。算機的工作速度。精選課件 同步同步SRAM的核心是異步的核心是異步SRAM(地址譯碼器和存儲陣列地址譯碼器和存儲陣列)；同步同步SRAM與器件外部連接的地址、數(shù)據(jù)、片選、輸出使能和讀與器件外部連接的地址、數(shù)據(jù)、片選、輸出使能和讀寫信號均在時鐘寫信號均在時鐘CP的上升沿鎖存于寄存器中，供的上升沿

21、鎖存于寄存器中，供SRAM完成讀完成讀或?qū)懖僮??；驅(qū)懖僮?。精選課件 為了加速為了加速CPU與與SRAM的信息交流，同步的信息交流，同步SRAM通常具有通常具有地址爆發(fā)特征地址爆發(fā)特征。即輸入一個地址碼，同步。即輸入一個地址碼，同步SRAM可以讀或?qū)懴噜徔梢宰x或?qū)懴噜彽亩鄠€地址單元。的多個地址單元。 假設(shè)計數(shù)器實現(xiàn)假設(shè)計數(shù)器實現(xiàn)2位二進制加法計數(shù)，初態(tài)為位二進制加法計數(shù)，初態(tài)為00。在爆發(fā)控。在爆發(fā)控制（制（Burst Control）BC=1時，爆發(fā)邏輯電路的輸出為時，爆發(fā)邏輯電路的輸出為 計數(shù)器 Q1 Q0 =1 =1 & BC CP A0 A1 A0 A1 可獲得可獲得4個相鄰的址

22、碼，供個相鄰的址碼，供SRAM進行讀或?qū)懖僮?。進行讀或?qū)懖僮鳌＞x課件9.2.2 9.2.2 動態(tài)隨機存取存儲器（動態(tài)隨機存取存儲器（DRAMDRAM）1. DRAM1. DRAM的動態(tài)的動態(tài)MOSMOS存儲單元存儲單元 NMOS管T和存儲電容CS組成動態(tài)存儲單元。 當電容存儲有足夠的電荷時，電容電壓為高電平，存儲1； 當電容沒有存儲電荷時，電容電壓為低電平，存儲0。 缺點是缺點是電容不能長期保持其電容不能長期保持其電荷，必須定期（大約電荷，必須定期（大約816個個mS內(nèi)）補充電荷（稱為刷新操內(nèi)）補充電荷（稱為刷新操作），比作），比SRAM操作復雜。操作復雜。 精選課件工作原理如下：工作原理如

23、下：（1 1）寫操作）寫操作 當當X Xi i=1=1、Refreh=0Refreh=0和和 時，時，G G1 1處于工作態(tài)處于工作態(tài)、G G2 2和和G G3 3處于處于高阻態(tài)高阻態(tài)，NMOSNMOS管管T T導通導通。 如果如果D Dinin=1=1，則存儲電容，則存儲電容C CS S充充電，獲得足夠的電荷，實現(xiàn)電，獲得足夠的電荷，實現(xiàn)寫寫1 1操作操作； 如果如果D Dinin=0=0，則存儲電容，則存儲電容C CS S放放電，電荷消失，實現(xiàn)電，電荷消失，實現(xiàn)寫寫0 0操作操作。0/WR精選課件 （2 2）讀操作）讀操作 當當Xi=1、Refreh=1和和 時，時，G1處于高阻態(tài)、處于高

24、阻態(tài)、G2和和G3處于工作態(tài)，處于工作態(tài)，NMOS管管T導通導通。 如果存儲電容如果存儲電容CS有電荷，則通有電荷，則通過過T向位線的分布電容向位線的分布電容CW放電，位放電，位線電壓增加，經(jīng)靈敏放大緩沖器線電壓增加，經(jīng)靈敏放大緩沖器G2輸出輸出1（Dout=1），實現(xiàn)），實現(xiàn)讀讀1操作操作； 如果存儲電容如果存儲電容CS沒有電荷，則沒有電荷，則位線電壓不變，靈敏放大緩沖器位線電壓不變，靈敏放大緩沖器G2輸出輸出0（Dout=0），實現(xiàn)），實現(xiàn)讀讀0操作操作。1/WR Refresh=1使G3工作，讀出的數(shù)據(jù)通過G3又寫入到存儲電容中（類似于寫操作）。 精選課件 由于電容不能長期保持電荷，由于

25、電容不能長期保持電荷，所以必須對存儲電容定期刷新。所以必須對存儲電容定期刷新。 如前所述，讀操作自動刷新如前所述，讀操作自動刷新選定的存儲單元。但是，讀操作選定的存儲單元。但是，讀操作是隨機的，所以，在是隨機的，所以，在DRAMDRAM中，必中，必須設(shè)置刷新定時電路，定時啟動須設(shè)置刷新定時電路，定時啟動刷新周期。刷新周期。 對本電路，通過定時讀即可對本電路，通過定時讀即可實現(xiàn)定時刷新。實現(xiàn)定時刷新。(3)刷新操作刷新操作精選課件2.2.基本基本DRAMDRAM的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 存儲單元是單管動態(tài)存儲單元是單管動態(tài)存儲單元，排列成存儲單元，排列成1024行行1024列的存儲陣列。列的存儲陣列。 地址

26、位數(shù)多，通常采地址位數(shù)多，通常采用時分復用輸入地址用時分復用輸入地址. 高10位地址碼A19 A10首先輸入到10條地址信號線上 ，RAS存入。 低10位地址碼A9 A0輸入到10條地址信號線上 ，CAS存入。精選課件3. 3. 基本基本DRAMDRAM的讀寫周期的讀寫周期從讀或?qū)懼芷陂_始，從讀或?qū)懼芷陂_始，RAS和和CAS依次變低將行地址和列地依次變低將行地址和列地址順序送入址順序送入DRAM并譯碼。并譯碼。隨后，在讀周期中，隨后，在讀周期中， ，有效數(shù)據(jù)輸出到有效數(shù)據(jù)輸出到Dout；在寫周期中，在寫周期中， ，輸，輸入數(shù)據(jù)通過入數(shù)據(jù)通過Din寫入到指定單寫入到指定單元中保存。元中保存。1/

27、WR0/WR精選課件4. DRAM4. DRAM的類型的類型 除前述的基本DRAM外， 為了提高DRAM的訪問速度，出現(xiàn)了快速頁模式DRAM(FPM DRAMFast Page Mode DRAM)、 擴展數(shù)據(jù)輸出DRAM (EDO DRAM-Extended Data Output DRAM)、 爆發(fā)式擴展數(shù)據(jù)輸出DRAM(BEDO DRAM-Burst Extended Data Output DRAM)和 同步DRAM (SDRAM-Synchronous DRAM)。 精選課件 對于對于FPM DRAM，輸入一個行地址，其后可輸入多個列地，輸入一個行地址，其后可輸入多個列地址，它們和行

28、地址分別組成全地址，選中字存儲單元并進行讀或址，它們和行地址分別組成全地址，選中字存儲單元并進行讀或?qū)懖僮鲗懖僮鳌?擴展數(shù)據(jù)輸出擴展數(shù)據(jù)輸出DRAM（EDO DRAM）可以）可以擴展輸出數(shù)據(jù)的擴展輸出數(shù)據(jù)的有效時間有效時間，直到，直到CAS再次有效為止，見最后一行波形。再次有效為止，見最后一行波形。 以讀操作為例，在以讀操作為例，在FPM DRAM中，當列地址選通信號中，當列地址選通信號CAS無效時，沒有輸出數(shù)據(jù)，見倒數(shù)第二行波形。無效時，沒有輸出數(shù)據(jù)，見倒數(shù)第二行波形。精選課件9.3 9.3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）9.3.1 9.3.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器(Mask

29、 ROM)(Mask ROM)9.3.2 9.3.2 可編程只讀存儲器（可編程只讀存儲器（PROMPROM）精選課件9.3 9.3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）ROM： 工作時只能快速地讀取已存儲的數(shù)據(jù)、而不能快速地隨工作時只能快速地讀取已存儲的數(shù)據(jù)、而不能快速地隨時寫入新數(shù)據(jù)。時寫入新數(shù)據(jù)。優(yōu)點：優(yōu)點：最突出的特征是掉電后數(shù)據(jù)不丟失，用于存儲數(shù)字系統(tǒng)中最突出的特征是掉電后數(shù)據(jù)不丟失，用于存儲數(shù)字系統(tǒng)中固定不變的數(shù)據(jù)和程序固定不變的數(shù)據(jù)和程序 。 ROM分為可編程分為可編程PROM （Programmable ROM）和掩模）和掩模ROM(Mask ROM)。 Mask ROM：數(shù)據(jù)

30、是制造過程中寫入的，可永久保存，但使：數(shù)據(jù)是制造過程中寫入的，可永久保存，但使用者不能改寫。用者不能改寫。 PROM：數(shù)據(jù)是由使用者通過編程工具寫入的。：數(shù)據(jù)是由使用者通過編程工具寫入的。 ROM的尋址方式與的尋址方式與RAM相同，采用隨機尋址相同，采用隨機尋址，即用地址譯，即用地址譯碼器選擇字存儲單元。碼器選擇字存儲單元。 ROM可以用雙極型或單極型（可以用雙極型或單極型（MOS）元件實現(xiàn)）元件實現(xiàn)。 精選課件9.3.1 9.3.1 掩模只讀存儲器掩模只讀存儲器(Mask ROM)(Mask ROM) NMOS管管T是存儲元件。是存儲元件。 在圖（在圖（a）中，）中， T的柵極與的柵極與字線

31、字線Xi相連。相連。 當當Xi=1、OE=0時，時，T導通，導通，位線為低電平位線為低電平，G為工作態(tài)為工作態(tài)，DOUT=1，存儲單元記憶，存儲單元記憶1。在圖在圖(b)中，中，T的柵極與字線的柵極與字線Xi不不相連。相連。 當當Xi=1、OE=0時，時，T不導通，不導通，位線為高電平，位線為高電平，G為工作態(tài)，為工作態(tài)，DOUT=0，存儲單元記憶，存儲單元記憶0。掩模只讀存儲器的存儲單元用半導體元件的有或無表示掩模只讀存儲器的存儲單元用半導體元件的有或無表示1或或0 制作NMOS管不制作NMOS管 1掩模只讀存儲器的存儲單元掩模只讀存儲器的存儲單元 精選課件2掩模只讀存儲器的結(jié)構(gòu)掩模只讀存儲

32、器的結(jié)構(gòu) 地址譯碼器輸出高電平有效。在存地址譯碼器輸出高電平有效。在存儲陣列中，字線與位線的交叉處是存儲儲陣列中，字線與位線的交叉處是存儲單元，有元件為單元，有元件為1，無元件為，無元件為0。210010101013XXXAAAAAAAAD 存儲器的數(shù)據(jù)輸出變量是數(shù)據(jù)為存儲器的數(shù)據(jù)輸出變量是數(shù)據(jù)為1所對應的地址變量組成的最小項的邏輯和所對應的地址變量組成的最小項的邏輯和 。A1A0D3D2D1D000110101101110101011010010010110210101011300101012XXAAAAADXXAAAAAADXXAAAAAAD精選課件9.3.2 9.3.2 可編程只讀存儲器

33、（可編程只讀存儲器（PROMPROM） 掩模掩模ROM的存儲數(shù)據(jù)由制造商在生產(chǎn)過程中寫入，對系的存儲數(shù)據(jù)由制造商在生產(chǎn)過程中寫入，對系統(tǒng)設(shè)計者開發(fā)新產(chǎn)品很不方便。因此，出現(xiàn)了由用戶寫入統(tǒng)設(shè)計者開發(fā)新產(chǎn)品很不方便。因此，出現(xiàn)了由用戶寫入數(shù)據(jù)的可編程數(shù)據(jù)的可編程ROM（PROM） 可編程可編程ROM分為可改寫一次的分為可改寫一次的PROM（沿用（沿用PROM的名的名稱）和可反復改寫的稱）和可反復改寫的EPROM(Erasable Programmable ROM) 用紫外光擦除的EPROM記為UV EPROM(Ultraviolet EPROM，常簡記為EPROM)，用電方法擦除的EPROM記為E

34、EPROM或E2PROM(Electrical EPROM)精選課件1 1PROMPROM的存儲單元的存儲單元 熔絲有熔絲有3種：鎳鉻鐵合金、多晶硅和種：鎳鉻鐵合金、多晶硅和2個背靠背的個背靠背的PN結(jié)。結(jié)。鎳鉻鐵合金和多晶硅等效為熔絲型導線，可熔斷為開路。這鎳鉻鐵合金和多晶硅等效為熔絲型導線，可熔斷為開路。這2類類PROM出廠時全部存儲單元為出廠時全部存儲單元為1。 2個背靠背的個背靠背的PN結(jié)類型的結(jié)類型的PROM出廠時全部存儲單元為出廠時全部存儲單元為0。編程。編程器使承受反向電壓的二極管雪崩擊穿，造成永久短路，寫入器使承受反向電壓的二極管雪崩擊穿，造成永久短路，寫入1。 PROM的存儲

35、單元由一個的存儲單元由一個NMOS管和管和一個熔絲組成。一個熔絲組成。 在編程過程中，編程器產(chǎn)生足夠大的在編程過程中，編程器產(chǎn)生足夠大的電流注入欲寫電流注入欲寫0單元，燒斷熔絲；寫單元，燒斷熔絲；寫1單元單元則不注入電流。則不注入電流。 正常工作時，熔絲不會被燒斷，保留正常工作時，熔絲不會被燒斷，保留熔絲的單元存儲熔絲的單元存儲1，燒斷熔絲的單元存儲，燒斷熔絲的單元存儲0。由于燒斷的熔絲不能修復，故由于燒斷的熔絲不能修復，故PROM只能只能編程一次。編程一次。 精選課件2 2UV EPROMUV EPROM的存儲單元的存儲單元 可多次編程的可多次編程的EPROM必須必須采用可修復的元件。采用可

36、修復的元件。 UV EPROM使用的可修復的使用的可修復的元件是元件是有兩個柵極有兩個柵極的疊柵雪的疊柵雪崩注入崩注入MOS管管(SIMOS）。）。 在浮柵上注入足夠的負電荷后，開啟電壓增加，正常的柵源電在浮柵上注入足夠的負電荷后，開啟電壓增加，正常的柵源電壓則不能使壓則不能使SIMOS管導通。管導通。 一個柵極埋置于絕緣材料一個柵極埋置于絕緣材料SiO2中，不引出電極，稱為中，不引出電極，稱為浮柵浮柵。另一個疊于浮柵之上引出電極，稱為另一個疊于浮柵之上引出電極，稱為控制柵極控制柵極。 浮柵上浮柵上未注入負電荷未注入負電荷前，前，SIMOS管的管的開啟電壓低開啟電壓低，正常的柵，正常的柵源電壓

37、可使源電壓可使SIMOS 管導通。管導通。精選課件 浮柵上無電荷時浮柵上無電荷時，字線高電平使，字線高電平使SIMOSSIMOS導通，等效為存儲單元有元件，存導通，等效為存儲單元有元件，存儲儲1 1； 浮柵上有電荷時浮柵上有電荷時，字線高電平不能，字線高電平不能使使SIMOSSIMOS導通，等效為存儲單元無元件，導通，等效為存儲單元無元件，存儲存儲0 0。 因此，因此，SIMOSSIMOS管是用浮柵上是否有負管是用浮柵上是否有負電荷來存儲二值數(shù)據(jù)的。電荷來存儲二值數(shù)據(jù)的。 UV EPROM出廠時浮柵上無電荷。為了在浮柵上注入電荷，控制柵極和漏極對源極同時作用比正常電源電壓高許多的電壓. UV

38、EPROM的封裝頂部有一個石英窗，的封裝頂部有一個石英窗，紫外光可直接照射紫外光可直接照射到到SIMOS管上，照射管上，照射15到到20分鐘后，浮柵上的電子獲得足夠的能分鐘后，浮柵上的電子獲得足夠的能量，穿過量，穿過SiO2回到襯底中?；氐揭r底中。 精選課件3 3E E2 2PROMPROM的存儲單元的存儲單元 E2PROM也是利用隧道也是利用隧道MOS管的浮柵上是否有負電荷來管的浮柵上是否有負電荷來存儲二值數(shù)據(jù)的存儲二值數(shù)據(jù)的 。 隧道隧道MOS管：與管：與SIMOS管的管的區(qū)別是漏區(qū)與浮柵之間有一區(qū)別是漏區(qū)與浮柵之間有一個極薄的個極薄的SiO2交疊區(qū)，厚度交疊區(qū)，厚度約約80（埃）。（埃）

39、。 當漏極接地，控制柵加足夠大的電壓時，交疊區(qū)產(chǎn)生很強當漏極接地，控制柵加足夠大的電壓時，交疊區(qū)產(chǎn)生很強的電場，電子穿過交疊區(qū)到達浮柵（注入電子），這種現(xiàn)的電場，電子穿過交疊區(qū)到達浮柵（注入電子），這種現(xiàn)象稱為象稱為隧道效應隧道效應。隧道效應是雙向的，即漏柵間加前述相。隧道效應是雙向的，即漏柵間加前述相反的電壓，則電子離開浮柵（擦除電子）。反的電壓，則電子離開浮柵（擦除電子）。精選課件3 3E E2 2PROMPROM的存儲單元的存儲單元 E2PROM的存儲單元：的存儲單元：隧道隧道MOS管與管與普通普通MOS管串聯(lián)。管串聯(lián)。 浮柵上無電荷時浮柵上無電荷時，隧道，隧道MOS管導通，管導通，等效

40、為存儲單元有元件，存儲等效為存儲單元有元件，存儲1； 浮柵上有電荷時浮柵上有電荷時，隧道，隧道MOS管截至，管截至，等效為存儲單元無元件，存儲等效為存儲單元無元件，存儲0。 編程器利用隧道效應對存儲單元的隧道編程器利用隧道效應對存儲單元的隧道MOS管注入或擦除電管注入或擦除電子。子。 隧道隧道MOS管的電子注入和擦除是在漏極與控制柵極之間利用管的電子注入和擦除是在漏極與控制柵極之間利用隧道效應進行的，這個特點和存儲單元的結(jié)構(gòu)決定了隧道效應進行的，這個特點和存儲單元的結(jié)構(gòu)決定了E2PROM只能只能以字為單位以字為單位改寫數(shù)據(jù)。改寫數(shù)據(jù)。精選課件 閃存亦是利用浮柵上有無負電荷存儲二值數(shù)據(jù)的，存儲器

41、結(jié)構(gòu)也和ROM相同，因此，傳統(tǒng)上歸類于ROM。 但是，閃存具有較強的在系統(tǒng)讀寫入能力（工作時能讀寫），其優(yōu)勢是傳統(tǒng)ROM不可比的。 閃存的出現(xiàn)使計算機的軟盤壽終正寢，大有取代硬盤之勢。此外，閃存在掌上電腦、手機、數(shù)字照相機等消費電子設(shè)備中應用廣泛。9.4 閃存（閃存（Flash Memories）精選課件1.1.閃存的存儲單元閃存的存儲單元 閃存閃存MOS管：與管：與SIMOS 相似，但相似，但有有2點不同：點不同： 一是浮柵與襯底間的一是浮柵與襯底間的SiO2厚度不厚度不同，同，SIMOS厚（厚（3040nm）, 閃存閃存MOS管?。ü鼙。?015nm）；）；閃存MOS管的擦除和注入電壓小。

42、 二是閃存二是閃存MOS管的源極和漏極的管的源極和漏極的N+區(qū)不對稱，漏區(qū)小，源區(qū)大；浮柵區(qū)不對稱，漏區(qū)小，源區(qū)大；浮柵與源區(qū)交疊，形成比與源區(qū)交疊，形成比EEPROM的隧道的隧道MOS管更小的隧道區(qū)。管更小的隧道區(qū)。 由于存儲陣列的閃存MOS管的源極全部連接在一起，利用隧道效應，可以實現(xiàn)眾多存儲單元的批量擦除。 精選課件2.2.閃存的特點和應用閃存的特點和應用理想的存儲器具有大容量、非易失、在系統(tǒng)讀寫能力、較高的操作速度理想的存儲器具有大容量、非易失、在系統(tǒng)讀寫能力、較高的操作速度和低成本等特點。和低成本等特點。ROM、PROM、UV EPROM、EEPROM、SRAM和和DRAM，在前述的

43、，在前述的某些方面各具有一定優(yōu)勢。某些方面各具有一定優(yōu)勢。只有閃存綜合具有理想存儲器的特點，只是在寫入速度方面比只有閃存綜合具有理想存儲器的特點，只是在寫入速度方面比SRAM和和DRAM差差。 存儲器非易失高密度單管存儲單元在系統(tǒng)寫入寫速度*閃存YESYESYESYES較快SRAMNONONOYES最快DRAMNOYESYESYES快MASK ROMYESYESYESNOPROMYESYESYESNOUV EPROMYESYESYESNOEEPROMYESNONOYES最慢 * 寫入速度是與SRAM比較的。 精選課件9.5 9.5 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展 存儲器有存儲器有3類總線：類總線：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線數(shù)據(jù)總線、