半导体存储器.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第7章 半导体存储器,存储器是,存储信息的器件,，主要用来,存放二进制数据、程序和信息,，是计算机等数字系统中不可缺少的组成部分,。,7.1.1 半导体存储器的特点,集成度高，体积小,可靠性高，价格低,外围电路简单易于批量生产,第1页，共25页。,7.1.2 半导体存储器的分类,按,存取功能,，半导体存储器可分为,：,顺序存取存储器SAM(Sequential access memory),按,器件类型,，,半导体存储器可分为：,双极型存储器和MOS型存储器,只读存储器,ROM,（Read-only memory）,随机存取存储器,RAM,（Random access memory）,第2页，共25页。,7.2 随机存取存储器（RAM）,(Random Access Memory),存储单元,存放一位二进制数的基本单元,(,即,位,),。,存储容量,存储器含存储单元的总个,(,位,),数。,存储容量=字数（word）,位数（bit）,地址,存储器中每一个字的编号,256,1，256,4 一共有 256 个字，需要 256 个地址,1024,4，1024,8 一共有 1024 个字，需要 1024 个地址,地址译码,用译码器赋予每一个字一个地址,N,个地址输入，能产生 2,N,个地址,一元地址译码,(,单向译码、基本译码、字译码,),二元地址译码,(,双向译码、位译码,),行译码、列译码,第3页，共25页。,7.2.1 RAM 的结构与工作原理,存储矩阵,读/写,控制器,地,址,译,码,器,地,址,码,输入,片选,读,/写,控制,输入,/输出,CS,R,/,W,I,/,O,第4页，共25页。,例,对 256,4 存储矩阵进行地址译码,一元地址译码,D,3,D,2,D,1,D,0,W,0,W,1,W,256,译,码,器,0 0 1 1,1 0 1 0,0 1 1 1,A,0,A,1,A,7,1,0,.,.,.,0,W,1,1 0 1 0,8线 256线,缺点:,n,位地址输入的译码器,需要,2,n,条输出线。,1,0,1,0,二元地址译码,Y,0,Y,1,Y,15,A,0,A,1,A,2,A,3,X,0,X,1,X,15,行,译,码,器,A,4,A,5,A,6,A,7,列译码器,D,out,4线 16线,1 0,.,.,.,0,1 0 0,8,位地址输入的,地址译码器,只有,32,条输出线。,第5页，共25页。,2,5,(,32,),根行选择线,10,根地址线,2,n,(,1024,)个地址,2,5,(,32,),根列选择线,1024 个字排列成,32,32 矩阵,当,X,0,=,1，,Y,0,=,1,时，,对,0,-,0,单元,读,(,写,),当,X,31,=,1，,Y,31,=,1,时，,对,31,-,31,单元,读,(,写,),例,1024,1 存储器矩阵,第6页，共25页。,例 1024 1 存储器矩阵,2 半导体存储器的分类,T3、T4 门控管,8 位地址输入的,内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改,双极型存储器和MOS型存储器,若 C 上存有电荷(1),可擦除可编程 ROM（EPROM),8 位地址输入的,1 RAM 的结构与工作原理,例:PROM电路常采用PLD表示法：一个固定的与阵列和一个可编的或阵列.,（三）RAM 芯片举例,3 只读存储器（ROM）,7.2.2 RAM的存储单元,(一),静态存储单元,基本工作原理：,T,5,T,6,T,7,T,8,D,D,X,i,Y,i,S,R,位,线,B,位,线,B,T,5,、T,6,门控管,控制触发器与位线的连通,截止,截止,导通,导通,0,截止,截止,0,1,导通,导通,读操作时:,写操作时:,T,7,、T,8,门控管,控制位线与数据线的连通,0,0,1,MOS管为,简化画法,第7页，共25页。,T,1,T,3,T,2,T,4,T,5,T,6,T,7,T,8,V,DD,V,GG,D,D,X,i,Y,i,1.六管 NMOS 存储单元,基本RS,触发器,T,1,T,3,T,2,T,4,V,DD,V,GG,1,导通,0,截止,0,截止,1,导通,特点：,断电后数据丢失,第8页，共25页。,2.六管 CMOS 存储单元,T,1,T,3,T,2,T,4,T,5,T,6,T,7,T,8,V,DD,D,D,X,i,Y,i,N,P,特点：,PMOS 作 NMOS负载，功耗极小，可在交流电源断电后,靠电池保持存储数据.,第9页，共25页。,(二),动态存储单元,1.四管动态存储单元,T,5,、T,6,控制,对位线的预充电,V,DD,存储单元,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,T,7,T,8,D,D,X,i,Y,i,位,线,B,位,线,B,C,B,C,B,预充脉冲,C,1,C,2,1,导通,0,截止,T,3,、T,4,门控管,控制存储单元,与位线的连通,T,7,、T,8,门控管,控制位线与数,据线的连通,1,1,0,1,若无预充电，在“读”过程中,C,1,存储的电荷有所损失，使数据“1”被破坏，而预充电则起到给,C,1,补充电荷的作用，即进行一次,刷新,。,第10页，共25页。,存储单元,2.三管动态存储单元,T,1,T,2,T,3,T,4,写,位,线,C,B,V,DD,读,位,线,写字线,读字线,C,读操作:,先使读位线预充电到高电平,当读字线为高电平时,T,3,导通,若,C,上,存有电荷,(1),使,T,2,导通,则,C,B,放电,使读位变为低电平,(0),若,C,上,没有电荷(0),使,T,2,截止,则,C,B,不,放电,使读位线保持高电平,(1),写操作:,当写字线为高电平时,T,1,导通,将输入信号送至写位线，则将信息存储于,C,中,第11页，共25页。,10244，10248 一共有 1024 个字，需要 1024 个地址,2n(1024)个地址,内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改,一元地址译码(单向译码、基本译码、字译码),0 0 稳定,A4 A5 A6 A7,若 C 上存有电荷(1),1 0 1 0,在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为了方便起见常用如图所示的简化画法,有二极管的存储单元用一黑点表示。,2 半导体存储器的分类,只读存储器ROM（Read-only memory）,A0A1A9 R/WCS,二元地址译码(双向译码、位译码)行译码、列译码,A0A1A9 R/WCS,存储器是存储信息的器件，主要用来存放二进制数据、程序和信息，是计算机等数字系统中不可缺少的组成部分。,7.2.3 RAM 存储容量的扩展,(一),位扩展,地址线、读/写控制线、片选线,并联,输入,/,输出,线分开使用,如：用 8 片 1024,1 位 RAM 扩展为 1024,8 位 RAM,I,/,O,1024,1,(0),A,0,A,1,A,9,R/W,CS,I,/,O,1024,1,(1),A,0,A,1,A,9,R/W,CS,I,/,O,1024,1,(7),A,0,A,1,A,9,R/W,CS,A,0,A,1,.,.,A,9,CS,R,/,W,0,0,I,0,I,1,I,7,D,0,D,7,1,0,O,0,O,1,O,7,D,0,D,7,第12页，共25页。,(二)字扩展,第13页，共25页。,（三）RAM 芯片举例,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,14,13,6116,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,0,D,1,D,2,GND,V,DD,A,8,A,9,WE,OE,A,10,CS,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,片 选,输出使能,写入控制,输入,工作方式,I,/,O,CS OE WE A,0,A,10,D,0,D,7,1,0 0 1,稳定,0,0,稳定,低功耗维持,读,写,高阻态,输出,输入,第14页，共25页。,7.3,只读存储器,（ROM）,7.3.1 ROM 的分类,分类,掩模,ROM,可编程,ROM,（,PROM,P,rogrammable,ROM,）,可擦除可编程,ROM,（,EPROM,E,rasable,PROM,）,说明:,掩模,ROM,PROM,生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定，,不能更改,内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改,紫外光擦除（约二十分钟）,EPROM,存储数据可以更改，但改写麻烦，工作时只读,EEPROM 或 E,2,PROM,电擦除（几十毫秒）,第15页，共25页。,7.3.2 ROM,的逻辑结构与工作原理,1.基本结构,一、ROM 的结构示意图,地址输入,数据输出,n,位地址,b,位数据,A,0,A,1,A,n,-1,D,0,D,1,D,b-1,D,0,D,1,D,b,-1,A,0,A,1,A,n-1,2,n,b,ROM,最,高,位,最,低,位,第16页，共25页。,2.内部结构示意图,存储单元,数据输出,字,线,位线,地址译码器,ROM 存储容量=,字线数,位线数,=2,n,b,（位）,地,址,输,入,0单元,1单元,i,单元,2,n,-,1单元,D,0,D,1,D,b,-1,A,0,A,1,A,n,-1,W,0,W,1,W,i,W,2,n,-,1,第17页，共25页。,3.逻辑结构示意图,m,0,A,0,A,1,A,n,-1,m,1,m,i,m,2,n,-1,译码器,Z,0,(,D,0,),或门,Z,1,(,D,1,),或门,Z,b,-,1,(,D,b,-,1,),或门,2,n,个与门构成,n,位,二进制译码器,输,出,2,n,个最小项。,.,.,.,n,个,输,入,变,量,b,个输出函数,或门阵列,与门阵列,第18页，共25页。,W,0,(,m,0,),W,2,(,m,2,),D,0,=,W,0,+,W,2,=,m,0,+,m,2,二、ROM 的基本工作原理,1.电路组成,二极管或门,二极管与门,W,0,(,m,0,),+,V,CC,1,A,1,1,1,A,0,1,V,cc,EN,D,3,EN,D,2,EN,D,1,EN,D,0,D,3,D,2,D,1,D,0,W,0,(,m,0,),W,1,(,m,1,),W,2,(,m,2,),W,3,(,m,3,),与,门,阵,列,(译码器),或,门,阵,列,(编码器),位,线,字线,输出,缓冲,第19页，共25页。,2.工作原理,输出信号的逻辑表达式,1,A,1,1,1,A,0,1,V,cc,EN,D,3,EN,D,2,EN,D,1,EN,D,0,D,3,D,2,D,1,D,0,W,0,(,m,0,),W,1,(,m,1,),W,2,(,m,2,),W,3,(,m,3,),与,门,阵,列,(译码器),或,门,阵,列,(编码器),位,线,输出,缓冲,字线,字线：,位线：,第20页，共25页。,输出信号的真值表,0 0,0 1,1 0,1 1,0 1 0 1,A,1,A,0,D,3,D,2,D,1,D,0,1 0 1 0,0 1 1 1,1 1 1 0,3.功能说明,(1)存储器,(2)函数发生器,地址,存储数据,输入变量,输出函数,(3)译码编码,字线,编码,0 1 0 1,1 0 1 0,0 1 1 1,1 1 1 0,A,1,A,0,0 0,0 1,1 0,1 1,输入变量,输出函数,第21页，共25页。,在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为了方便起见常用如图所示的简化画法,有,二极管的存储单元用一黑点表示,。,第22页，共25页。,例:,PROM电路常采用PLD表示法：一个固定的与阵列和一个可编的或阵列,.,A,A,B,C,B,C,F,1,F,2,F,3,F,4,m,0,m,1,m,2,m,3,m,4,m,5,m,6,m,7,第23页，共25页。,第六章,小结,1.随机存取存储器(,RAM,）,组成,：,主要由地址译码器、读/写控制电路和存储矩,阵三部分组成。,功能,：,可以随时读出数据或改写存储的数据，并且,读、写数据的速度很快。,种类,：,分为静态 RAM 和动态 RAM。,应用,：,多用于经常更换数据的场合，最典型的应用,就是计算机中的内存。,特点：,断电后，数据将全部丢失。,第24页，共25页。,2.只读存储器（ROM）,分类,：,掩模,ROM,可编程,ROM,（,PROM),可擦除可编程,ROM,（,EPROM),只读存储器ROM中存储的内容一旦写入,在工作过程中不会改变，断电后数据也不会丢失，所以ROM也称为固定存储器，它在正常工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。,第25页，共25页。,