【大學(xué)課件】電子技術(shù) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、編輯課件（8-1）電子技術(shù)電子技術(shù) 第八章第八章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器數(shù)字電路部分?jǐn)?shù)字電路部分編輯課件（8-2）第八章第八章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器8.1 概述概述8.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器( ROM )8.3 讀寫存儲(chǔ)器讀寫存儲(chǔ)器( RAM )編輯課件（8-3）8.1 概述概述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是由半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的大規(guī)模集成電路構(gòu)成的大規(guī)模集成電路,專門用專門用來存放二進(jìn)制信息的來存放二進(jìn)制信息的,是任何數(shù)是任何數(shù)字電路不可缺少的一部分字電路不可缺少的一部分.編輯課件（8-4）按所用半導(dǎo)體器件的不同按所用半導(dǎo)體器件的不同,半導(dǎo)體存半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為儲(chǔ)器分為:1.雙極

2、型雙極型-工作速度快工作速度快,在微機(jī)中作高在微機(jī)中作高速速 緩存緩存型型-功耗小功耗小,因而集成度高因而集成度高.用于大容用于大容量存儲(chǔ)量存儲(chǔ),如微機(jī)中的內(nèi)存條如微機(jī)中的內(nèi)存條編輯課件（8-5）(Ultra violet)1. 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 Read Only Memory 按存取方式半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為按存取方式半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為:1) ROM2) PROM-programmable 3) EPROMUVEPROM(Erasable)E2PROM(Electrically)信息可長期保存信息可長期保存,斷電也不丟失斷電也不丟失編輯課件（8-6）2.隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 Ran

3、dom Access MemoryRAM1) SRAM 靜態(tài)靜態(tài) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器器 (static)2) DRAM 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)存取器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)存取器 (Dynamic)任何時(shí)刻對(duì)任何單元都能直接寫入或讀出任何時(shí)刻對(duì)任何單元都能直接寫入或讀出 二進(jìn)制信息二進(jìn)制信息,斷電后信息就丟失斷電后信息就丟失。編輯課件（8-7）3. 順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器 Sequential Access MemorySAMFIFO First in First outFILO First in Last out順序存取存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是先入先出或順序存取存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是先入先出或先入后出先入后出編輯課

4、件（8-8）8.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器( ROM )只讀存儲(chǔ)器在工作時(shí)其存儲(chǔ)內(nèi)容是固定只讀存儲(chǔ)器在工作時(shí)其存儲(chǔ)內(nèi)容是固定不變的，因此，只能讀出，不能隨時(shí)寫入，不變的，因此，只能讀出，不能隨時(shí)寫入，所以稱為只讀存儲(chǔ)器。所以稱為只讀存儲(chǔ)器。8.2.1 ROM的基本結(jié)構(gòu)及工作原理的基本結(jié)構(gòu)及工作原理ROM主要組成部分：主要組成部分： 1. 地址譯碼器地址譯碼器 2. 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 3. 輸出電路。輸出電路。Read Only Memory.編輯課件（8-9）A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯譯碼碼器器K: 輸出輸出控制端控制端輸出輸出電路電路存儲(chǔ)存儲(chǔ)矩陣矩陣字線

5、字線位線位線簡單的二極管簡單的二極管ROM電路電路編輯課件（8-10）000011111111111000000001地地 址址A1A0D3D2D1D0內(nèi)內(nèi) 容容位線位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯譯碼碼器器K: 輸出輸出控制端控制端字線字線輸入任意一輸入任意一個(gè)地址碼，譯碼個(gè)地址碼，譯碼器就可使與之對(duì)器就可使與之對(duì)應(yīng)的某條字線為應(yīng)的某條字線為高電平，進(jìn)而從高電平，進(jìn)而從位線上讀出四位位線上讀出四位輸出數(shù)字量。輸出數(shù)字量。編輯課件（8-11）+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3有有 MOS 管管的單元存儲(chǔ)的單元存儲(chǔ) “0”；無無 MOS 管管的單元存儲(chǔ)

6、的單元存儲(chǔ) “1”。下圖是使用下圖是使用 MOS 管的管的ROM 矩陣：矩陣：編輯課件（8-12）固定固定 ROM：在前面介紹的兩種存儲(chǔ)器中，其存在前面介紹的兩種存儲(chǔ)器中，其存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容在出廠時(shí)已被完全固定下儲(chǔ)單元中的內(nèi)容在出廠時(shí)已被完全固定下來，使用時(shí)不能變動(dòng)。來，使用時(shí)不能變動(dòng)。 PROM：有一種可編程序的有一種可編程序的 ROM ，在出廠時(shí)，在出廠時(shí)全部存儲(chǔ)全部存儲(chǔ) “1”，用戶可根據(jù)需要將某些單，用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫為元改寫為 “0”,然而只能改寫一次然而只能改寫一次 。ROM的類型的類型編輯課件（8-13） 若將熔絲燒斷，該單元?jiǎng)t變成若將熔絲燒斷，該單元?jiǎng)t變成“0”。顯然

7、，一旦燒斷后不能再恢復(fù)。顯然，一旦燒斷后不能再恢復(fù)。字線字線位位線線熔熔斷斷絲絲A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯譯碼碼器器K: 輸輸出控出控制端制端編輯課件（8-14） EPROM： 一種可以改寫多次的一種可以改寫多次的 ROM。它所存。它所存儲(chǔ)的信息可以用紫外線或儲(chǔ)的信息可以用紫外線或 X 射線照射檫去射線照射檫去（Erasable ），然后又可以重新編制信息。），然后又可以重新編制信息。 存儲(chǔ)容量是存儲(chǔ)容量是 ROM 的主要技術(shù)指的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它一般用標(biāo)之一，它一般用 存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)：存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)：2N . 輸出位數(shù)：輸出位數(shù)：M 來表示來表示( 其中其中N為

8、存為存儲(chǔ)器的地址線數(shù)儲(chǔ)器的地址線數(shù) )。例如：。例如：128(字字). 8(位位)、1024(字字) 8(位位)等等。等等。.EPROM的結(jié)構(gòu)及工作原理可見數(shù)字電子技術(shù)P301（閻石主編）編輯課件（8-15）PN+N+G1DSG2SIO2層層SIMOS -迭柵注入迭柵注入MOS管管G1控制極控制極G2浮柵極浮柵極符號(hào)符號(hào)編輯課件（8-16）當(dāng)當(dāng)S、D極間加以較高電壓（約極間加以較高電壓（約+20+25V)時(shí)時(shí),將發(fā)生雪崩擊穿將發(fā)生雪崩擊穿,如果同時(shí)在控制極加上高如果同時(shí)在控制極加上高壓脈沖壓脈沖 (幅度約幅度約+25V,寬度約寬度約50ms),一些速度一些速度較高的電子就能穿過較高的電子就能穿

9、過SIO2層到達(dá)浮置柵極層到達(dá)浮置柵極,行行成注入電荷。注入了電荷的成注入電荷。注入了電荷的SIMOS管相當(dāng)于管相當(dāng)于寫入了寫入了1，沒注入電荷的相當(dāng)于存入了，沒注入電荷的相當(dāng)于存入了0。SIMOS - Stacked gate Injuntion Metal Oxide Semiconductor編輯課件（8-17）字線字線位線位線注入了電子的0010Vcc編輯課件（8-18）8.2.2 ROM的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例例例1. 用于存儲(chǔ)固定的專用程序。用于存儲(chǔ)固定的專用程序。例例2. 利用利用ROM可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能?？蓪?shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能。查表功能查表功能 例：查某個(gè)角度的三角函數(shù)

10、例：查某個(gè)角度的三角函數(shù) 碼制變換：碼制變換：地址地址欲變換的編碼欲變換的編碼 相應(yīng)相應(yīng)ROM中的內(nèi)容中的內(nèi)容目的編碼目的編碼地址碼地址碼變量值（角度）變量值（角度）“造表造表”相應(yīng)相應(yīng)ROM中的內(nèi)容中的內(nèi)容函數(shù)值函數(shù)值輸入地址輸入地址(角度角度)輸出函數(shù)值輸出函數(shù)值“查表查表”編輯課件（8-19）例例3. ROM 在波形發(fā)生器中的應(yīng)用。在波形發(fā)生器中的應(yīng)用。ROMD/A計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器CP計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖送示波器送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0編

11、輯課件（8-20）tuo0ROMD/A計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器CP計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖送示波器送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963編輯課件（8-21）P3271、用、用ROM構(gòu)成序列脈沖發(fā)生器構(gòu)成序列脈沖發(fā)生器2、用、用ROM構(gòu)成序列脈沖發(fā)生器構(gòu)成序列脈沖發(fā)生器3、用、用ROM構(gòu)成字符發(fā)生器構(gòu)成字符發(fā)生器編輯課件（8-22）8.3 讀寫存儲(chǔ)器讀寫存儲(chǔ)器( RAM )讀寫存儲(chǔ)器又稱讀寫存儲(chǔ)器又稱隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器Random Access Memory。讀寫存儲(chǔ)器的特

12、點(diǎn)是：讀寫存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是：在工作過程中，既可在工作過程中，既可從存儲(chǔ)器的任意單元讀出信息，又可以把外從存儲(chǔ)器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機(jī)存界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器，簡稱儲(chǔ)器，簡稱 RAM 。編輯課件（8-23）8.3.1 SRAM的基本存儲(chǔ)單元的基本存儲(chǔ)單元WiDD符號(hào)符號(hào)VCCWiDDO/IR / W123T2T3T4T5T6QQT1字線字線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線編輯課件（8-24）工作原理工作原理:O/IWiDDR / W123T2T3T4T5T6QT1字線字線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線VCCQVCCT2T1T3T4編輯課件（8-25

13、）工作原理工作原理:1. 信息的基本存儲(chǔ)單元信息的基本存儲(chǔ)單元：由增強(qiáng)型：由增強(qiáng)型 NMOS管管T1和和 T2、T3和和T4 構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)基本基本 R-S觸發(fā)器。觸發(fā)器。2. T5和和T6是門控管，由字線是門控管，由字線Wi控制控制其導(dǎo)通或截止：其導(dǎo)通或截止：Wi1則導(dǎo)通，則導(dǎo)通，否則截止。否則截止。編輯課件（8-26）3. 門控管門控管T5和和T6導(dǎo)通時(shí)可導(dǎo)通時(shí)可以進(jìn)行以進(jìn)行“讀讀”或或“寫寫”的操作。的操作。VCCWiDDO/IR / W123T2T3T4T5T6QQT1數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線字線字線如果數(shù)據(jù)線先被如果數(shù)據(jù)線先被加上外來電壓，加上外來電壓，則執(zhí)行則執(zhí)行“寫寫”操操作；

14、作；反之，則執(zhí)行反之，則執(zhí)行“讀讀”操作。操作。編輯課件（8-27）VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字線字線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線4. R / W的控制作用的控制作用R/W = 0時(shí)，三態(tài)時(shí)，三態(tài)門門1、3接通，而接通，而門門2處于高阻，使處于高阻，使 I/O 信號(hào)得以經(jīng)過信號(hào)得以經(jīng)過門門1、3送到數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上，以便寫入；線上，以便寫入；R/W1 時(shí)，時(shí)，門門1、3處于高阻處于高阻狀態(tài)，門狀態(tài)，門2接通，接通，將數(shù)據(jù)線上電位將數(shù)據(jù)線上電位送到送到I/O，以便讀，以便讀出。出。R / W123數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線編輯課件（8-28）8.3.2 單管動(dòng)態(tài)存

15、儲(chǔ)單元單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元(DRAM)是目前所有大容量是目前所有大容量DRAM首選存儲(chǔ)單元首選存儲(chǔ)單元,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單但需要配置靈敏恢復(fù)但需要配置靈敏恢復(fù)/讀出放大器讀出放大器破壞性讀出破壞性讀出字線字線位位線線CSCB編輯課件（8-29）W3W2W1W0地地址址譯譯碼碼器器讀寫讀寫 及及 輸入輸入/輸出控制輸出控制I / O1I / O0CSR / WA0A1D1D1D0D0存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣8.3.3 存儲(chǔ)器的整體結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的整體結(jié)構(gòu)編輯課件（8-30）工作原理工作原理:VCCT2T1T3T4DD列選線列選線行選線行選線編輯課件（8-31）6464存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣D3D2D1D0D3D2D1D

16、0I/O電路電路列地址譯碼列地址譯碼A4A9A0A3A1A2編輯課件（8-32） 8.3.4 RAM組件及其連接組件及其連接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R / WRAM 2114 管腳圖管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM 6116 管腳圖管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7RDWR編輯課件（8-33）一、擴(kuò)大一、擴(kuò)大 RAM( 如如2114 )的位數(shù)的位數(shù)要達(dá)到這個(gè)目的方法很簡單

17、，只要把各片要達(dá)到這個(gè)目的方法很簡單，只要把各片地地址線對(duì)應(yīng)連接址線對(duì)應(yīng)連接在一起，而在一起，而數(shù)據(jù)線并行使用數(shù)據(jù)線并行使用即可，即可，示范接線如下圖：示范接線如下圖：D7A9A0R/W CSD1D3D2D0A9A0R/W CSD1D3D2D0. . . . .D6D5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114 (1)2114 (2)用用(兩片兩片2114) 1024 4 構(gòu)成構(gòu)成 1024 8編輯課件（8-34）二、二、 增加增加 RAM( 如如2114 )的字?jǐn)?shù)的字?jǐn)?shù)通過用通過用10244 ( 4片片2114 ) 構(gòu)成構(gòu)成40964為例，介紹解決這類問題的辦法。為例，介紹解決這類問題的辦法。(1) 訪問訪問4096個(gè)單元，必然有個(gè)單元，必然有 12 根地址線；根地址線；(2) 訪問訪問 RAM2114，只需，只需 10 根地址線，尚根地址線，尚余余 2根地址線根地址線 ；(3) 設(shè)法用設(shè)法用剩余的剩余的 2根地址線去控制根地址線去控制4個(gè)個(gè)2114的片選端的片選端 。思路：思路：編輯課件（8-35）CSR/WA9A0D2D1D0D3CS