8半導(dǎo)體存儲器 ppt課件

1、第八章 半導(dǎo)體存儲器 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 了解半導(dǎo)體存儲器的構(gòu)造、特點(diǎn)和功能了解半導(dǎo)體存儲器的構(gòu)造、特點(diǎn)和功能 RAM、ROM的運(yùn)用的運(yùn)用存儲器概述存儲器概述存儲器是數(shù)字系統(tǒng)和電子計(jì)算機(jī)的重要組成部分；存儲器是數(shù)字系統(tǒng)和電子計(jì)算機(jī)的重要組成部分；功能：存放數(shù)據(jù)、指令等信息。功能：存放數(shù)據(jù)、指令等信息。按資料分類按資料分類1) 磁介質(zhì)類磁介質(zhì)類軟磁盤、硬盤、磁帶軟磁盤、硬盤、磁帶2) 光介質(zhì)類光介質(zhì)類CD、DVD3) 半導(dǎo)體介質(zhì)類半導(dǎo)體介質(zhì)類ROM、RAM等等按功能分類按功能分類主要分主要分RAM和和ROM兩類，不過界限逐漸模糊。兩類，不過界限逐漸模糊。RAM: SRAM, DRAM, ROM:

2、掩模掩模ROM,PROM,EPROM,EEPROM,FLASH ROM 性能目的性能目的1)存儲容量存儲容量普通用字位數(shù)表示普通用字位數(shù)表示,即字?jǐn)?shù)即字?jǐn)?shù)位數(shù)；位數(shù)； 如：如：2568bit=2048位。位。2)存取時間存取時間存儲器操作的速度。存儲器操作的速度。本課主要講述本課主要講述半導(dǎo)體介質(zhì)類半導(dǎo)體介質(zhì)類器件器件半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 存放大量二進(jìn)制信息的半導(dǎo)體器件。分為：存放大量二進(jìn)制信息的半導(dǎo)體器件。分為：ROM、RAM。一、只讀存儲器一、只讀存儲器ROM ROM read only memoryread only memoryROM 是存儲固定信息的存儲器件，即先把信息或數(shù)據(jù)是存

3、儲固定信息的存儲器件，即先把信息或數(shù)據(jù) 寫入存儲器中，在正常任務(wù)時，它存儲的數(shù)據(jù)是寫入存儲器中，在正常任務(wù)時，它存儲的數(shù)據(jù)是 固定不變的，只能讀出，不能寫入。固定不變的，只能讀出，不能寫入。 ROM是存儲器構(gòu)造最簡單的一種。是存儲器構(gòu)造最簡單的一種。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 只能讀出，不能寫入；只能讀出，不能寫入； 屬于組合電路，電路簡單，集成屬于組合電路，電路簡單，集成度高；度高； 具有信息的不易失性；具有信息的不易失性； 存取時間在存取時間在20ns50ns。 缺陷：只順應(yīng)存儲固定數(shù)據(jù)的場缺陷：只順應(yīng)存儲固定數(shù)據(jù)的場所。所。ROMROM的分類的分類(1)按制造工藝分按制造工藝分二極管二極管ROMROM

4、雙極型雙極型ROM(ROM(三極管三極管) )單極型單極型(MOS)(MOS)(2)按存儲內(nèi)容寫入方式分按存儲內(nèi)容寫入方式分掩膜掩膜ROM(ROM(固定固定ROM)ROM)廠家固化內(nèi)容；廠家固化內(nèi)容；可編程可編程ROMROMPROMPROM用戶初次寫入時決議內(nèi)容。用戶初次寫入時決議內(nèi)容。一次寫入式一次寫入式可編程、光可擦除可編程、光可擦除ROMROMEPROMEPROM可根據(jù)需求改寫數(shù)據(jù)；可根據(jù)需求改寫數(shù)據(jù)；可編程、電可擦除可編程、電可擦除ROMROMEEPROM EEPROM 即即E2PROME2PROM快閃存儲器快閃存儲器FLASH ROMFLASH ROM1 1、腌膜、腌膜ROM(ROM

5、(固化固化ROM)ROM) 采用腌膜工藝制造采用腌膜工藝制造ROM時，其存儲的數(shù)據(jù)是由制造過程中的時，其存儲的數(shù)據(jù)是由制造過程中的腌膜板決議的。這種腌膜板是按照用戶的要求而專門設(shè)計(jì)的。因腌膜板決議的。這種腌膜板是按照用戶的要求而專門設(shè)計(jì)的。因此，腌膜此，腌膜ROM在出廠時內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)就在出廠時內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)就“固化在里面了，運(yùn)用固化在里面了，運(yùn)用時無法再更改。時無法再更改。A0Ai地址譯碼器地址譯碼器.存儲矩陣存儲矩陣輸出緩沖器輸出緩沖器地地址址輸輸入入三態(tài)控制輸入三態(tài)控制輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出輸出1 1根本構(gòu)成根本構(gòu)成地址譯碼器的作用將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信號，地址譯碼器的作用將輸入的地

6、址代碼譯成相應(yīng)的控制信號， 利用這個控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選出，并把利用這個控制信號從存儲矩陣中把指定的單元選出，并把 其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器。其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器。A0Ai地址譯碼器地址譯碼器.存儲矩陣存儲矩陣輸出緩沖器輸出緩沖器地地址址輸輸入入三態(tài)控制輸入三態(tài)控制輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出輸出存儲矩陣是由存儲單元陳列而成，可以由二極管、三極管或存儲矩陣是由存儲單元陳列而成，可以由二極管、三極管或 MOS管構(gòu)成。每個單元存放一位二值代碼。每一個或一組管構(gòu)成。每個單元存放一位二值代碼。每一個或一組 存儲單元對應(yīng)一個地址代碼。存儲單元對應(yīng)一個地址代碼。輸出緩沖器的作用：輸出緩沖器的作用：、

7、提高存儲器的帶負(fù)載才干，將高、提高存儲器的帶負(fù)載才干，將高、 低電平轉(zhuǎn)換規(guī)范的邏輯電平；低電平轉(zhuǎn)換規(guī)范的邏輯電平； 、實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài)控制，以便與、實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài)控制，以便與 系統(tǒng)總線銜接。系統(tǒng)總線銜接。2 2舉例舉例4 44 4存儲器存儲器2 2位地址代碼位地址代碼A1A1、A0A0給出給出4 4個個不同地址，不同地址，4 4個地址代碼分別個地址代碼分別譯出譯出W0W0W3W3上的高電平信號。上的高電平信號。位輸出位輸出線線111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W3W2W2W1W1W0W0地址譯碼器地址譯碼器存儲矩陣存儲矩陣END3VccVccA1A0W3W3二極管與門作譯

8、碼二極管與門作譯碼A1A000 W01；A1A001 W11；A1A010 W21；A1A011 W31；2 2舉例舉例4 44 4存儲器續(xù)存儲器續(xù)存儲矩陣由存儲矩陣由4 4個二極管或門組成，個二極管或門組成，當(dāng)當(dāng)W0W0W3W3線上給出高電平信號時，線上給出高電平信號時，會在會在D0D0D3D3輸出一個二值代碼輸出一個二值代碼位輸出位輸出線線111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W3W2W2W1W1W0W0地址譯碼器地址譯碼器存儲矩陣存儲矩陣END3D3W3W3W1W1二極管或門作編碼器二極管或門作編碼器D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0W1W0W0W3W3

9、：字線：字線D0D0D3D3：位線數(shù)據(jù)線：位線數(shù)據(jù)線A0A0、A1A1：地址線：地址線2 2舉例舉例4 44 4存儲器續(xù)存儲器續(xù)位輸出位輸出線線111111VccA1A0 D3 D2 D1 D0W3W3W2W2W1W1W0W0地址譯碼器地址譯碼器存儲矩陣存儲矩陣END3字線和位線的每個交叉點(diǎn)都是一個存儲單元，在交叉點(diǎn)上接字線和位線的每個交叉點(diǎn)都是一個存儲單元，在交叉點(diǎn)上接二極管相當(dāng)于存二極管相當(dāng)于存1 1，沒接二極管相當(dāng)于存，沒接二極管相當(dāng)于存0 0，交叉點(diǎn)的數(shù)目就是，交叉點(diǎn)的數(shù)目就是存儲容量，寫成存儲容量，寫成“字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)位數(shù)的方式位數(shù)的方式D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0

10、W1存儲內(nèi)容真值表存儲內(nèi)容真值表地地 址址數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)A1 A0D3 D2 D1 D00 00 1 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0m1m1m3m3m0m0m2m2m3m3m1m1m3m3m0m0m1m1地地 址址數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)A1 A0D3 D2 D1 D00 00 1 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 01A1A0A0AD3D2D1D0與陣列與陣列或或陣陣列列W1W1W0W0W2W2 W3W3簡化簡化ROMROM點(diǎn)陣圖點(diǎn)陣圖字輸出：字輸出：D3D2D1D0D3D2D1D0隨著地址的不同有不同的數(shù)據(jù)。隨著地址的不同有不同的數(shù)據(jù)。位輸出：位

11、輸出：D3D3、D2D2、D1D1、D0D0每根位線，由不同的最小項(xiàng)組成，每根位線，由不同的最小項(xiàng)組成， 可實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。可實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。D3W1W3D2W0W2W3D1 W1W3 D0W0W1輸出方式輸出方式2 PROM(2 PROM(可編程可編程ROM)ROM) PROM PROM只能寫一次，一旦寫入就不能修正只能寫一次，一旦寫入就不能修正OTPOTP型。型。根本構(gòu)造同掩模根本構(gòu)造同掩模ROMROM，由存儲矩陣、地址譯碼和輸出電路組成。，由存儲矩陣、地址譯碼和輸出電路組成。出廠時在存儲矩陣地一切交叉點(diǎn)上都做有存儲單元，普通存出廠時在存儲矩陣地一切交叉點(diǎn)上都做有存儲單元，普通存1 1

12、。存數(shù)方法：熔絲法和擊穿法。存數(shù)方法：熔絲法和擊穿法。熔絲法圖示熔絲法圖示e e熔絲熔絲c cb bVccVcc字線字線位線位線加高電壓將熔絲化斷，加高電壓將熔絲化斷，即可將原有的即可將原有的1 1改寫為改寫為0 0。3 EPROM3 EPROM、E2PROME2PROM、FLASH ROMFLASH ROM電擦除，普通芯片內(nèi)部帶有升壓電路，可以直接電擦除，普通芯片內(nèi)部帶有升壓電路，可以直接 讀寫讀寫EEPROMEEPROM，擦除時間短擦除時間短(ms(ms級級) )，可對單個存儲單元擦除。，可對單個存儲單元擦除。讀出：讀出：5V5V；擦除：；擦除：20V20V；寫入：；寫入：20V20V。E

13、PROMEPROM：光擦除可編程：光擦除可編程ROMROME2PROME2PROM：電擦除可編程：電擦除可編程ROMROMFLASH ROMFLASH ROM：電擦除可編程：電擦除可編程ROMROM紫外線照射擦除，時間長紫外線照射擦除，時間長10102020分鐘分鐘整片擦除整片擦除寫入普通需求專門的工具寫入普通需求專門的工具結(jié)合結(jié)合EPROMEPROM和和EEPROMEEPROM的特點(diǎn)，構(gòu)成的電路方式簡的特點(diǎn)，構(gòu)成的電路方式簡 單，集成度高，可靠性好。單，集成度高，可靠性好。 擦除時間短擦除時間短(ms(ms級級) )，整片擦除、或分塊擦除。，整片擦除、或分塊擦除。讀出：讀出：5V5V；寫入：

14、；寫入：12V12V；擦除：；擦除：12V(12V(整塊擦除整塊擦除) )EPROMEPROME2PROME2PROM二、二、 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM RAM random access memory random access memory RAM在任務(wù)過程中，既可從存儲器的恣意單元讀出信息，在任務(wù)過程中，既可從存儲器的恣意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入恣意單元，因此它被稱為隨又可以把外界信息寫入恣意單元，因此它被稱為隨機(jī)存儲器機(jī)存儲器(或讀寫存儲器或讀寫存儲器)。讀寫速度很快。但普通。讀寫速度很快。但普通有易失性，數(shù)據(jù)掉電后就消逝有易失性，數(shù)據(jù)掉電后就消逝(也有非易失性的也有非易失

15、性的RAM,實(shí)踐上類似于實(shí)踐上類似于ROM)。RAM 按功能可分為按功能可分為RAM 按所用器件可分為按所用器件可分為RAM 優(yōu)點(diǎn)：讀寫方便，具有信息的靈敏性。優(yōu)點(diǎn)：讀寫方便，具有信息的靈敏性。 缺陷：普通有易失性，數(shù)據(jù)掉電后就消逝。缺陷：普通有易失性，數(shù)據(jù)掉電后就消逝。靜態(tài)靜態(tài)(SRAM)(SRAM)動態(tài)動態(tài)(DRAM)(DRAM)雙極型雙極型 MOS MOS型型1.SRAM1.SRAM的根本構(gòu)造的根本構(gòu)造A0Ai行地址譯碼器行地址譯碼器.列地址譯碼器列地址譯碼器Ai+1An-1存儲矩陣存儲矩陣讀寫控制電路讀寫控制電路CSR/WI/O地址輸入地址輸入控制輸入控制輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出

16、輸入信號三組：地址輸入、控制輸入和數(shù)據(jù)輸入輸入信號三組：地址輸入、控制輸入和數(shù)據(jù)輸入輸出信號一組：數(shù)據(jù)輸出輸出信號一組：數(shù)據(jù)輸出A0Ai行地址譯碼器行地址譯碼器.列地址譯碼器列地址譯碼器Ai+1An-1存儲矩陣存儲矩陣讀寫控制電路讀寫控制電路CSR/WI/O地址輸入地址輸入控制輸入控制輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出存儲矩陣：有許多存儲單元陳列而成，每個存儲單元存存儲矩陣：有許多存儲單元陳列而成，每個存儲單元存一位二值信息一位二值信息0、1，在譯碼器和讀，在譯碼器和讀/寫電路的控制下，寫電路的控制下，既可以寫入既可以寫入1或或0，又可以將存儲的數(shù)據(jù)讀出。，又可以將存儲的數(shù)據(jù)讀出。 由于存儲器的容

17、量宏大，在存儲器中運(yùn)用雙譯碼方式，就是由于存儲器的容量宏大，在存儲器中運(yùn)用雙譯碼方式，就是如圖的地址分成行列兩組的方式，以簡化電路。分行列譯碼，用兩如圖的地址分成行列兩組的方式，以簡化電路。分行列譯碼，用兩條線來共同選擇存儲單元。條線來共同選擇存儲單元。R/W=1，讀出，讀出 R/W=0，寫入，寫入CS=0，任務(wù)，任務(wù) CS=1，高阻，高阻A0Ai行地址譯碼器行地址譯碼器.列地址譯碼器列地址譯碼器Ai+1An-1存儲矩陣存儲矩陣讀寫控制電路讀寫控制電路CSR/WI/O地址輸入地址輸入控制輸入控制輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出例：1024X4 SRAM2114A3A4A5A6A7A8行地址譯碼器

18、行地址譯碼器列地址譯碼器列地址譯碼器存儲矩陣存儲矩陣讀寫控制電路讀寫控制電路CSR/W數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出A0 A1 A2 A9I/O0I/O1I/O2I/O3地址線：地址線：10根，根， A0 A9數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：4根，根， I/O0 I/O3控制線：控制線： 2根，根，CS片選，片選，0有效；有效；R/W 讀寫控制讀寫控制每個由每個由X X，Y Y共同選中的單元中實(shí)踐包含了共同選中的單元中實(shí)踐包含了4 4個個1 1位數(shù)據(jù)存儲單元位數(shù)據(jù)存儲單元 表示表示4 4位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。行選擇線有行選擇線有3232條條( (含含5 5根地址線根地址線) )，列選擇線，列選擇線8 8條條( (含含3

19、 3根地址線根地址線) ) ， 一共可以有一共可以有32328=2568=256個組合總的存儲容量就是個組合總的存儲容量就是2562564 4。2562564RAM4RAM存儲矩陣存儲矩陣行行地地址址譯譯碼碼器器列地址譯碼器列地址譯碼器102410244 RAM4 RAM列控制門列控制門行控制門行控制門在內(nèi)部在內(nèi)部數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線行選擇行選擇26266464列選擇列選擇24241616102410244RAM4RAM存儲矩陣存儲矩陣行行地地址址譯譯碼碼器器列地址譯碼器列地址譯碼器&G1G2G3DDR/WCSI/O10001D/DD/D銜接存儲器內(nèi)部的各個存儲單元，既做數(shù)據(jù)輸入，也作銜接存儲

20、器內(nèi)部的各個存儲單元，既做數(shù)據(jù)輸入，也作數(shù)據(jù)輸出，可以從數(shù)據(jù)輸出，可以從D D上讀取存儲器的內(nèi)容，也可以向存儲器上讀取存儲器的內(nèi)容，也可以向存儲器內(nèi)部寫入。內(nèi)部寫入。輸入輸出控制電路輸入輸出控制電路 CS=0, R/W=0 CS=0, R/W=0時時, ,G1,G2G1,G2開通，開通，G3G3三態(tài)，三態(tài)，I/OI/O上的數(shù)據(jù)被同時送到上的數(shù)據(jù)被同時送到D/DD/D上，改動存上，改動存儲單元內(nèi)部內(nèi)容。儲單元內(nèi)部內(nèi)容。 CS=0 CS=0、R/W=1R/W=1時：時：G1,G2G1,G2三態(tài)，三態(tài)，G3G3開通開通D D端數(shù)據(jù)輸出到端數(shù)據(jù)輸出到I/OI/O線上線上 CS=1時，時，G1,G2,G

21、3都是高阻，都是高阻，存儲器與輸入存儲器與輸入/輸出輸出線完全隔離線完全隔離RAMRAM操作時序操作時序要求：要求：了解時序圖了解時序圖SRAM體積大不易高密度集成，體積大不易高密度集成，大容量存儲器普通都采用大容量存儲器普通都采用DRAMDRAM存儲依賴存儲依賴MOS管柵極的管柵極的寄生電容效應(yīng)原理制成的。寄生電容效應(yīng)原理制成的。2、DRAMC上電荷也不能長時間維持，上電荷也不能長時間維持，所以還必需定時對電容充電，稱所以還必需定時對電容充電，稱為再生或刷新。為再生或刷新。闡明：闡明：ROMROM無無R/WR/W，位擴(kuò)展其他端的銜接與，位擴(kuò)展其他端的銜接與RAMRAM一樣。一樣。三、存儲器容

22、量擴(kuò)展三、存儲器容量擴(kuò)展1、位擴(kuò)展、位擴(kuò)展 CSR/W地址地址并聯(lián)，并聯(lián)，I/O獨(dú)立獨(dú)立第第1 1片片第第4 4片片409640964RAM4RAM擴(kuò)展成擴(kuò)展成409640961616的存儲器系統(tǒng)的存儲器系統(tǒng)A11A11 A0 A0R/WR/WCSCS D0 D0D15D152、字?jǐn)U展、字?jǐn)U展 OI/R/W地址地址并聯(lián)，并聯(lián)，CS獨(dú)立獨(dú)立例：例：4片片8K8位位RAM擴(kuò)展成擴(kuò)展成32K8位位RAM32K32K有有1515條地址線，條地址線，8K8K芯片本身用芯片本身用1313條，另兩條譯碼后作為片選。條，另兩條譯碼后作為片選。0000000000000000000000000000000010

23、0111111111111111111111 1111 即即 0000H 0000H1FFFH1FFFH；A0A0A12A12R/WR/WA13A13A14A14D0D0D7D7/Y0/Y0/Y1/Y1/Y2/Y2/Y3/Y3第第片地址范圍：片地址范圍：第第片地址范圍：片地址范圍： 2000H 2000H3FFFH3FFFH第第片地址范圍：片地址范圍： 4000H 4000H5FFFH5FFFH第第片地址范圍：片地址范圍： 8000H 8000H7FFFH7FFFH四、存儲器的根本運(yùn)用四、存儲器的根本運(yùn)用1. 字運(yùn)用字運(yùn)用由地址讀出對應(yīng)的字，由地址讀出對應(yīng)的字， 例實(shí)現(xiàn)例實(shí)現(xiàn)B碼碼G碼的轉(zhuǎn)換。碼的轉(zhuǎn)換。 二進(jìn)制二進(jìn)制G3 G2 G1 G000000 0 0 000010 0 0 100100 0 1 100110 0 1 001000 1 1 001010 1 1 101100 1 0 101110 1 0 010001 1 0 010011 1 0 110101 1 1 110111 1 1 011001 0 1 011011 0 1 111101 0 0 111111 0 0 0B3B3B2B2B1B1B0B00 5 10 15G3G2G1G0全加器全加器 )7 , 6 , 5 , 3()7 , 4 , 2 , 1 (mCmSii0 5 10