第七章-半导体存储器-课件.ppt

1、第七章第七章 半导体存储器半导体存储器7.1 7.1 概述概述 存储器是用来存储二值数字信息的大存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成电路，是进一步完善数字系统功规模集成电路，是进一步完善数字系统功能的重要部件。能的重要部件。它实际上是将大量存储器它实际上是将大量存储器按一定规律结合起来的整体，按一定规律结合起来的整体，可以被比喻可以被比喻为一个由许多房间组成的大旅馆。为一个由许多房间组成的大旅馆。每个房每个房间有一个号码间有一个号码(地址码地址码)，每个房间内有一每个房间内有一定内容定内容(一个二进制数码，又称一个一个二进制数码，又称一个“字字”)。(2).读写存储器读写存储器(RAM)(

2、1).只读存储器只读存储器(ROM)半导体存储器可分为两大类：半导体存储器可分为两大类：7.2 只读存储器只读存储器(ROM)7.2.1 掩模只读存储器掩模只读存储器 ROM主要由主要由地址译码器地址译码器、存储矩阵存储矩阵和和输出输出电路电路三部分组成。三部分组成。Read Only Memory.只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，因此，因此，只能读出，不能随时写入只能读出，不能随时写入，所以称为只读所以称为只读存储器。存储器。7.2 7.2 只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)7.2.17.2.1掩模只读存储器掩模只读存储器 ROM主要

3、由主要由地址译码器地址译码器、存储矩阵存储矩阵和和输出输出电路电路三部分组成。三部分组成。下图是一个最简单的二极管下图是一个最简单的二极管ROM电路：电路：Read Only Memory.只读存储器在工作时其存储内容是固定不变只读存储器在工作时其存储内容是固定不变的，因此，的，因此，只能读出，不能随时写入只能读出，不能随时写入，所以称所以称为只读存储器。为只读存储器。A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端存储存储矩阵矩阵输出输出电路电路位线位线字线字线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0译译码码器器A1A0A1A0A1A0A1

4、A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端假设假设：A1A0 1110001100二极管二极管或门或门A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端1100二极管二极管或门或门1当某一字线当某一字线被选中时，被选中时，这个字线与这个字线与位线间若接位线间若接有二极管，有二极管，则该位线输则该位线输出为出为 1。假设假设：A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端0101A1A0 10假设假设：A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VC

5、C译译码码器器K:输出输出控制端控制端0101A1A0 01假设假设：A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端0011A1A0 00000101111111111000000001地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容字线字线A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC译译码码器器K:输出输出控制端控制端位线位线 输入任意一个输入任意一个地址码，译码器地址码，译码器就可使与之对应就可使与之对应的某条字线为高的某条字线为高电平，进而可以电平，进而可以从位线上读出四从位线上读出四位输出数字量。位输出数字量。+VC

6、CW3W0W1W2D0D1D2D3 用用 构成构成MOS 管的管的ROM 矩阵：矩阵：有有 MOS 管的单元存管的单元存储储“0”，无无 MOS 管的单元存管的单元存储储“1”。掩模掩模ROMROM的特点：的特点：出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产简单，便宜，非易失性简单，便宜，非易失性 在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的在前面介绍的两种存储器中，其存储单元中的内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变内容在出厂时已被完全固定下来，使用时不能变动，称为动，称为固定固定 ROM。有一种可编程序的有一种可编程序的 ROM，在出厂时全部存，在出厂时全部

7、存储储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写一次，称其为然而只能改写一次，称其为 PROM。字线字线位位线线熔熔断断丝丝 若将熔丝烧断，该单若将熔丝烧断，该单元则变成元则变成“0”。显然，。显然，一旦烧断后不能再恢复。一旦烧断后不能再恢复。7.2.2 可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）PROM PROM 中的内容只能写一次，有时仍嫌不方中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的便，于是又发展了一种可以改写多次的 ROM，简称简称 EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或。它所存储的信息可以用紫外线或 X 射

8、线照射擦去，然后又可以重新编制信息。射线照射擦去，然后又可以重新编制信息。雪崩注入雪崩注入MOS管管7.2.3 可擦除的可编程只读存储器（可擦除的可编程只读存储器（EPROM）PROM 中的内容只能写一次，有时仍嫌中的内容只能写一次，有时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的不方便，于是又发展了一种可以改写多次的 ROM，简称，简称 EPROM。它所存储的信息可以。它所存储的信息可以用紫外线或用紫外线或 X 射线照射擦去，然后又可以重射线照射擦去，然后又可以重新编制信息。新编制信息。叠栅注入叠栅注入MOS管管控制栅控制栅Gc：控制读出和写入：控制读出和写入浮置栅浮置栅Gf:长期保存注入电荷

9、长期保存注入电荷 虽然用紫外线擦除的虽然用紫外线擦除的EPROM具备了可擦除具备了可擦除重写的功能，但擦除操作复杂、速度慢。于是重写的功能，但擦除操作复杂、速度慢。于是又研制了一种用电信号擦除的可编程又研制了一种用电信号擦除的可编程ROM，即即E2PROME2PROM快闪存储器快闪存储器（Flash Memory）为提高集成度，省去T2（选通管）改用叠栅MOS管（类似SIMOS管）（隧道区）区有极小的重叠区与）更薄（与衬底间SGnmOSGfif15102的正脉冲，加接），加正压（，充电利用雪崩注入方式向工作原理：usVGVVSDGcssf101206*上电荷经隧道区放电的正脉冲加放电，利用隧道

10、效应fsscfGnsVVGG100120,存储容量存储容量是是 ROM 的主要技术指标之一，的主要技术指标之一，它一般用它一般用 存储字数：存储字数：2N 输出位数：输出位数：M 来表示来表示(其中其中N为存储器的地址线数为存储器的地址线数)。例如：例如：128(字字)8(位位)、1024(字字)8(位位)7.3 读写存储器读写存储器(RAM)读写存储器又称读写存储器又称随机存储器随机存储器。读写存储器的特点是：在工作过程中，读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随把外界信息写入任意单元

11、，因此它被称为随机存储器，简称机存储器，简称 RAM。Random Access Memory.RAM 按功能可分为按功能可分为 静态静态、动态动态两类；两类；RAM 按所用器件又可分为按所用器件又可分为双极型双极型和和 MOS型两种。型两种。为了便于连接成为小系统，它的输出都为了便于连接成为小系统，它的输出都采用三态方式，由片选端控制。采用三态方式，由片选端控制。结构结构7.3.1 静态随机存储器（）静态随机存储器（）基本存储单元基本存储单元VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线基本存储单元的工作原理基本存储单元的工作原理:VCCWiDD

12、I/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线VCCT2T1T3T4 由增强型由增强型 NMOS管管T1和和 T2、T3和和T4 构构成一个基本成一个基本 R-S触发器，触发器，它是它是存储信息的基存储信息的基本单元。本单元。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线 T5和和T6是是门控管，门控管，由字由字线线Wi控制其导控制其导通或截止：通或截止：Wi1，否则就截止。否则就截止。T5T6两管导通；两管导通；门控管门控管T5和和T6导通时可导通时可以进行以进行“读读”或或“写写”的操的操作：作：VCCWiDDI

13、/OR/W123T2T3T4T5T6T1字线字线数数据据线线数数据据线线 R/W的控制作用：的控制作用：=0时，时，R/W而门而门2处于处于高阻状态，高阻状态，0 三态门三态门1、3接通，接通，00 使使 I/O 信信号得以经号得以经过门过门1、3送到数据送到数据线上，以线上，以便便写入写入。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6T1字线字线数数据据线线数数据据线线 R/W的控制作用：的控制作用：R/W 1 时，时，门门1、3处于处于高阻状态，高阻状态，1门门2接通，接通，1将数据线将数据线上电位送上电位送到到 I/O，以便以便读出读出。1 存储器的整体结构（存储器的整体结构（位

14、）位）7.4 7.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展7.4.1 7.4.1 位扩展方式位扩展方式适用于每片适用于每片RAM,ROMRAM,ROM字数够用而位数不够时字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联例：用八片例：用八片1024 x 11024 x 1位位 1024 x 8 1024 x 8位的位的RAMRAM7.4.2 7.4.2 字扩展方式字扩展方式适用于每片适用于每片RAM,ROMRAM,ROM位数够用而字数不够时位数够用而字数不够时SCWRAAOIOI片选信号：写信号：读地址线：数据线：/70701024 x 8RAM7

15、0OIOI.9870AAAA,.WRWRAAAAOIOI写信号：读地址线：数据线：/987070,例：用四片例：用四片256 x 8256 x 8位位1024 x 81024 x 8位位 RAMRAM):(110025625670A个地址个字，需要每一片提供SCYYAAAA分别接四片的译成即将两位代码区分四片用,308989102376876751251125625501110010007070707,AAAAAAAA四片的地址分配就是：0 0 0 1 1 10 1 1 0 1 11 0 1 1 0 11 1 1 1 1 089AA4321SCSCSCSC01AA912AAA7.5 7.5 用存储器实现组合逻辑函数用存储器实现组合逻辑函数一、基本原理一、基本原理 若以若以地址线为地址线为输入变量输入变量，则，则数据线数据线即为一即为一组关于地址变量的组关于地址变量的逻辑函数逻辑函数地 址数 据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0An-1W0W(2n-1)二、举例二、举例ABCDDCBAYDCBADABCYBCDADBCDCBAYCBABCAYROM4321产生：用),(),(),(),(15214414107676324321mYmYmYmY