1、DIGITAL可编程器件及其应用可编程器件及其应用半导体存储器概述半导体存储器概述 只读存储器只读存储器ROMROMRAMRAM的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院一、半导体存储器概述一、半导体存储器概述 半导体存储器具有集成度高、体积小、可靠性高、半导体存储器具有集成度高、体积小、可靠性高、价格低、外围电路简单、易于接口和便于批量生产价格低、外围电路简单、易于接口和便于批量生产等特点。半导体存储器主要用于电子计算机和某些等特点。半导体存储器主要用于电子计算机和某些数字系统中，用来存放程序和数据，是数字系统中数字系统中，用来存放程序和数据，是数字系统
2、中不可缺少的组成部分。不可缺少的组成部分。1、存储单元和存储矩阵、存储单元和存储矩阵 2、存储容量和地址、存储容量和地址 3、分类、分类 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院1 1、存储单元和存储矩阵、存储单元和存储矩阵 半导体存储器的最小记忆单位是存储单元 在半导体存储器芯片中，把这些存储单元按照 一定规则排列成存储矩阵 每个存储单元能够存储一位二进制数0或1烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院 2 2、存储容量和地址、存储容量和地址按常规，最小的二进制单位是位 在使用中经常把8位二进制数称为一个字节，把两个字节称为一个字 存储器能存储二进制数的总的位数称为存储容量，即存储器中存储单
3、元的个数 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院分分类类随机存储器（简称随机存储器（简称RAMRAM）只读存储器（简称只读存储器（简称ROMROM）用于存放一些临时性的数据和中间结果，这种存储器掉电后数据将全部丢失，如计算机的内存 用于存放永久性、不变的数据，掉电后数据不丢失。如计算机自检程序、初始化程序烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院二、二、RAMRAM的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理优点：优点：读写方便，使用灵活读写方便，使用灵活 缺点：缺点：掉电后存于掉电后存于RAMRAM中的信息会丢失，它是易中的信息会丢失，它是易失性存储器失性存储器 （一）（一）RAMRAM的结构的
4、结构 （二）（二）RAMRAM的原理的原理 （三）（三）RAMRAM的存储单元的存储单元烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院（一）（一）RAM的结构的结构 RAM地址地址译码器译码器 存储矩阵存储矩阵 读写控制电路读写控制电路 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院存储矩阵存储矩阵 由存储单元排列而成，每个存储单元可以存储一位二进制数据，在译码和读写控制电路的作用下，数据既可写入又可读出 地址译码器地址译码器 分为行地址译码和列地址译码两部分。行地址译码器的输出线称为行选线，又称字线；列地址译码器的输出线称为列选线，又称位线 地址译码器根据外部输入的地址，惟一地找到存储矩阵中相应的存储单
5、元，行地址译码器的输出线中有一条为有效电平，选中一行存储单元，同时，列地址译码器的输出线中有一条为有效电平，选中一列存储单元，行选线和列选线交叉点处的存储单元便被选中 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（RAMRAM）的存储单元电路）的存储单元电路烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院（二）（二）RAM的原理的原理（以（以1616*4 4位位RAMRAM为例）为例）当 0时，RAM被选中，处于工作状态。A3A2A1A0=0011，表示选中列地址为A3A200，选中行地址为A1A011的存储单元。若此时R/=1，则执行读操作，将第三行第第零列存储单元
6、中的数据送到I/O端上。CSW共16个单元，每单元4位当 1时，不能对RAM进行读写操作，所有端均为高阻态。CS烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院一个RAM有三组信号线：信号线信号线数据总线数据总线 地址总线地址总线控制总线控制总线 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院地址总线地址总线 数据总线数据总线 控制总线控制总线 单向，传送地址码，以便按地址访问存储单元 双向，将数据送入存储矩阵或从存储矩阵读出 包括片选信号线和读写控制线。片选信号控制RAM芯片是否被选中；读写控制线传送读（写）命令，即读时不写，写时不读 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院（三）（三）RAM的存储单元的
7、存储单元烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院（1 1）存储单元）存储单元存储单元由V1V6组成。两个稳定状态，分别存储数据1和0。（2 2）列选择线）列选择线Y Y和读写控制电路和读写控制电路图中V1、V2和V3、V4 两个反相器交叉耦合构成基本RS触发器。V5、V6为受列选择线Y控制的开关管，控制RS触发器输出端Q、与数据线B、的接通。当行选线X和列选线Y均为高电平时，V5、V6和V7、V8管均导通，该存储单元被选中，触发器的状态可以通过数据线送到D和 ，称出读出；同理，在读写控制信号的作用下，D和 的数据也可以通过同样的方法写入。QBDD烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院（3）当
8、存储单元电源VDD掉电后,则触发器Q的状态 信息不能保留而消失，再次通电后，Q状态不 定，需重新写入新的信息。（4）静态存储单元的优点是使用方便，不需定 期刷新。缺点是其中管子数目较多，不利 于提高集成度。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院2 2、动态随机存取存储器、动态随机存取存储器 (DRAM)(DRAM)的存储单元电路的存储单元电路（1）动态存储单元是由MOS管的栅极电容C和门控管组成的。数据以电荷的形式存储在栅极电容上，电容上的电压高表示存储数据1；电容没有储存电荷，电压为0，表明存储数据0。因存在漏电，使电容存储的信息不能长久保持，为防止信息丢失，就必须定时地给电容补充电荷，这
9、种操作称为“刷新”，由于要不断地刷新，所以称为动态存储。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院包括4管MOS动态存储单元电路和单管MOS动态存储单元等（2）动态存储单元的优点是元件少，功耗低，适合于构成大容量存储器，缺点是需要进行 周期性刷新 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院三、只读存储器三、只读存储器ROMROM只读存储器是一种非易失性的存储器，把需要长期保存的程序、数据等信息固定于这种存储器中，即使切断电源也能保存所储存的数据。在正常工作时，只能读取存储在其中的数据，而不能更改其内容，故称为只读存储器。ROM的分类 固定ROM的结构和工作原理烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学
10、院根据是否可以写入，以及写入方式不同，根据是否可以写入，以及写入方式不同，ROM分为四类分为四类：闪存ROM 一次可编程ROM（PROM）紫外线可擦除ROM（EPROM）电可擦除ROM（EEPROM）掩模ROM 一、一、ROM的分类的分类烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院掩模掩模ROMROM 又叫固定ROM，采用掩模工艺制造，制造时就将数据固定写入，出厂后其存储的数据不能再改变，只能进行读操作。特点：特点：可靠性高，集成度高，但不能改写。该类电路仅适用于大批量且数据固定的情况，如一些点阵打印机的点阵字库。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院一次可编程一次可编程ROMROM（PROMP
11、ROM）采用熔丝编程工艺，PROM在产品出厂时所有存储单元均置成全0或全1，用户根据需要可自行将某些存储单元改为1或0。特点：特点：只能进行一次性改写，一旦编程完毕，其内容便是永久性的。其可靠性差，目前较少使用。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院紫外线可擦除紫外线可擦除ROMROM（EPROMEPROM）其正中间有一个玻璃窗口，该窗口可让紫外线通过，在紫外线的照射下1020min芯片内部的数据将全部被擦除，这时可以再通过编程的方法写入数据。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院电可擦除电可擦除ROMROM（EEPROMEEPROM）采用E2CMOS编程工艺，可以在加电情况下，擦除存储器
12、的全部或部分内容，然后在电路上直接改写其擦除过的单元内容。特点：特点：不但可以多次擦除，而且擦除时间短，编程简单，存取速度快，功耗低，因此得到广泛使用 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院闪存闪存ROMROM 具有E2PROM的特点，密度高，容量大，体积小，价格低，既可写入也可擦除数据，是一种全新的存储结构。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院二、固定二、固定ROMROM的结构和工作原理的结构和工作原理电路组成电路组成烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院它由一个二线四线地址译码器和一个44的二极管存储矩阵组成 存储矩阵由二极管或门组成，其输出为D0D3 A1A0为输入的地址码，可产
13、生W0W3共4个不同的地址 W0W3称为字线，用以选择存储的内容 D0D3称作位线 在W0W3中，任一输出为高电平时，在D0D3这4根线上输出一组4位二进制代码，每组代码称作一个字 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院读数读数 当地址码为A1A0为00时，只有字线W0为高电平，其他字线均为低电平，故只有与字线W0相连接的3个二极管导通此时，输出D3D2D1D01011；同理可知当A1A0为01、10、11时，分别选中字线W1、W2、W3，输出D3D2D1D0依次为1100、0101、1010 烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院四、可编程器件及其应用四、可编程器件及其应用1、可编程器件
14、中的逻辑符号、可编程器件中的逻辑符号烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院2、PROMPROM即可编程只读存储器，基本结构是一个固定的与阵列和一个可编程的或阵列。一般用于存储器，其输入为存储器的地址，输出为存储器单元的内容。如半加器的逻辑表达式：如半加器的逻辑表达式：S=A B C=AB可见半加器有2个输入信号和2个输出信号，因此可采用42 PROM编程实现。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院3、PLAPLAPLA的与阵列和或阵列均可编程，可实现任何逻辑函数，将逻辑函数画出最简的与或表达式，然后用可编程的与阵列构成与运算，用可编程的或阵列构成或运算。烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院作业：1，2烟台汽车工程职业学院烟台汽车工程职业学院DIGITAL
