szdl7半導(dǎo)體存儲(chǔ)器課件

第7章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述只讀存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展ROM的分析與設(shè)計(jì)小結(jié)一.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器—概述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)

存儲(chǔ)器的分類

——能夠存儲(chǔ)大量(二值)信息(或稱為數(shù)據(jù))的器件存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)存儲(chǔ)容量—指一個(gè)存儲(chǔ)器所能存放的最大信息量。通常用B（Byte字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）表示。存取時(shí)間—指完成一次存儲(chǔ)器讀/取操作所需的時(shí)間（又稱讀寫時(shí)間）?？煽啃浴复鎯?chǔ)器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無故障工作的情況。一般采用平均無故障時(shí)間間隔（MTBF）衡量。MTBF長，存儲(chǔ)器可靠性好。價(jià)格—由存儲(chǔ)器容量、性能決定。存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)二.只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ReadOnlyMemory_ROM)

特點(diǎn):

功能:

二.只讀存儲(chǔ)器一般用于存放固定的數(shù)據(jù)或程序*正常使用時(shí)主要對其進(jìn)行讀取操作*掉電后存儲(chǔ)的信息(數(shù)據(jù))可保留

只讀存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及工作原理只讀存儲(chǔ)器的簡化形式及數(shù)據(jù)表只讀存儲(chǔ)器的其它構(gòu)成形式只讀存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量只讀存儲(chǔ)器的分類*掩膜式ROM___數(shù)據(jù)已確定,無法更改。*快閃存儲(chǔ)器___電可擦除類ROM,具有高集成度、大容量、低成本和使用方便的特點(diǎn)*可編程ROM(PROM)___數(shù)據(jù)可以由用戶根據(jù)自己的需要寫入,但一經(jīng)寫入就不能更改。*紫外線可擦除ROM(EPROM)___數(shù)據(jù)可由用戶寫入,并能擦除重寫。*電可擦除ROM(E2PROM)___數(shù)據(jù)可由用戶寫入,并能擦除重寫。2.1只讀存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及組成結(jié)構(gòu)圖：組成：

*存儲(chǔ)矩陣*地址譯碼器*輸出緩沖器2.2只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及組成由存儲(chǔ)單元按一定規(guī)則排列。每一存儲(chǔ)單元可存放1位二值代碼。存儲(chǔ)單元可由二極管、三極管和場效應(yīng)管構(gòu)成。將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信號(hào)，可訪問存儲(chǔ)矩陣的單元提高存儲(chǔ)器的負(fù)載能力，并實(shí)現(xiàn)對輸出的三態(tài)控制。只讀存儲(chǔ)器的工作原理存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及工作原理——(1)*電路圖地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣輸出緩沖器存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及工作原理——(1)*電路圖*分析

Wi—稱為字線

地址譯碼器_由二極管與門構(gòu)成。對地址線A1A0有:地址譯碼器存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及工作原理——(2)*電路圖*分析當(dāng)EN’=0,Di=di

Di—稱為位線(數(shù)據(jù)線/輸出線)(2)存儲(chǔ)矩陣_由二極管或門構(gòu)成(3)輸出緩沖器_對輸出三態(tài)控制,提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。輸出緩沖器存儲(chǔ)矩陣只讀存儲(chǔ)器的其它構(gòu)成形式_AROM的三極管結(jié)構(gòu)圖：*只讀存儲(chǔ)器的其它構(gòu)成形式_A存儲(chǔ)單元

由三極管構(gòu)成:當(dāng)Wi選通時(shí),對應(yīng)輸出D為1。(字線和位線交叉處存“1”)只讀存儲(chǔ)器的其它構(gòu)成形式_BROM的MOS管結(jié)構(gòu)圖：存儲(chǔ)單元由MOS管構(gòu)成

(字線和位線交叉處存“0”,經(jīng)反相器輸出為“1”)只讀存儲(chǔ)器的其它構(gòu)成形式_PROMPROM的結(jié)構(gòu)原理圖和工作原理:特點(diǎn):在存儲(chǔ)矩陣的每個(gè)交叉點(diǎn)上全部制作存儲(chǔ)元件(存入“1”),存儲(chǔ)元件與位線之間加入熔絲,若某存儲(chǔ)單元存人“0”,只須將該熔絲通過大電流燒斷即可.只讀存儲(chǔ)器的簡化形式及數(shù)據(jù)表ROM圖的簡化結(jié)構(gòu)圖:

地址數(shù)據(jù)A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110對應(yīng)的數(shù)據(jù)表:存儲(chǔ)容量：——用“字?jǐn)?shù)位數(shù)(即字長)”表示存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的數(shù)量。2.存儲(chǔ)容量及其表示用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220例如，一個(gè)328的ROM，表示它有32個(gè)字,地址線為5位，字長為8位，存儲(chǔ)容量是328=256。對于大容量的ROM

常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210

例如，一個(gè)64K8的ROM，表示它有64K個(gè)字，

字長為8位，存儲(chǔ)容量是64K8=512K。一、ROM–存儲(chǔ)容量

例如，一個(gè)存儲(chǔ)容量為102412的ROM。表示它有1024個(gè)字，10位地址線，字長為12位。只讀存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量:

字?jǐn)?shù)×位數(shù)例1:如圖所示ROM的存儲(chǔ)容量為:例2:

已知某個(gè)ROM的存儲(chǔ)容量為:16×2

則其地址線為:字線為:數(shù)據(jù)線為:例3:ROM的存儲(chǔ)容量為:1024×8

則其地址線為:字線為:數(shù)據(jù)線為:416210102484×4隨機(jī)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)RAM結(jié)構(gòu)圖：RAM(2114)的結(jié)構(gòu)框圖*地址譯碼器(與陣列)*存儲(chǔ)矩陣(或陣列)*讀/寫控制電路其中:*讀/寫控制端（R/W‘）:控制數(shù)據(jù)的讀出和寫入操作。當(dāng)R/W‘=1,為讀操作當(dāng)R/W‘=0,為寫操作*片選控制信號(hào)CS’：當(dāng)CS’=0,RAM正常工作組成:3.1隨機(jī)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)雙譯碼編址方式RAM(2114)的結(jié)構(gòu)框圖特點(diǎn):

地址譯碼器(行地址譯碼(A3-A8),列地址譯碼(A0-A2,A9))

存儲(chǔ)單元（SR鎖存器）讀寫控制電路及I/O輸出存儲(chǔ)單元矩陣讀寫控制電路行、列地址譯碼器靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）組成：地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣、讀/寫控制電路

其中：地址譯碼器可分為：行地址譯碼器、列地址譯碼器SRAM的靜態(tài)存儲(chǔ)單元邏輯符號(hào)

特點(diǎn)：由雙極性器件或CMOS器件構(gòu)成。用觸發(fā)器作為記憶元件。沒有讀/寫操作時(shí)，能保留原有信息。（不需刷新）I/O:輸入/輸出端(m)

An-1～A0:地址輸入端(n)R/S’:讀/寫控制端

CS’:片選端2.動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）組成（與SRAM相同）地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣、讀/寫控制電路（1）采用電容作為記憶元件。對C充電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“1”；C放電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)“0”（2）由于電荷泄漏，需進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，以保存數(shù)據(jù)邏輯符號(hào)（與SRAM相同）和結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）*動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）--單管存儲(chǔ)單元單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元.寫操作--字線X給高電平,位線Y上的數(shù)據(jù)經(jīng)T被存入CS中.讀操作--字線X給高電平,CS經(jīng)T向位線上的CB提供電荷,使位線獲得讀出的信號(hào)電平.電路結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)討B(tài)存儲(chǔ)單元是利用MOS管柵極電容可以存儲(chǔ)電荷的原理。其它結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器由于柵極電容的容量很小,電荷保存的時(shí)間有限.為了及時(shí)補(bǔ)充漏掉的電荷以避免存儲(chǔ)的信號(hào)丟失,必須定時(shí)給柵極電容補(bǔ)充電荷----稱為刷新(或再生)*DRAM--單管存儲(chǔ)單元*動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）結(jié)構(gòu)圖電路結(jié)構(gòu)單元T1、T2為NMOS管.數(shù)據(jù)以電荷形式存儲(chǔ)在其柵極電容C1、C2上。若C1充電，同時(shí)C2未被充電，則T1導(dǎo)通，T2截止----稱存儲(chǔ)‘0’；反之存儲(chǔ)‘1’預(yù)充電電路*DRAM——結(jié)構(gòu)圖4.1位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展:擴(kuò)展位線(數(shù)據(jù)輸出線__I/0)例1:將1024×2的RAM擴(kuò)展成1024×4的RAM

位擴(kuò)展方式:

地址線并接,讀/寫線、片選線等并接數(shù)據(jù)線獨(dú)立

4.1位擴(kuò)展方式字?jǐn)U展:擴(kuò)展地址線(A)例1:將1024×2的RAM擴(kuò)展成2048×2的RAM

字?jǐn)U展方式:

地址線并接,讀/寫線并接、數(shù)據(jù)線并接增加的地址線：片選線擴(kuò)展例2:將1024×2的RAM擴(kuò)展成2048×4的RAM4.2字?jǐn)U展方式4.1字?jǐn)U展方式4.3位、字?jǐn)U展方式位、字?jǐn)U展:擴(kuò)展地址線和數(shù)據(jù)線

例1:將1024×2的RAM擴(kuò)展成2048×4的RAM

4.3位、字?jǐn)U展方式五.ROM的分析與應(yīng)用ROM的應(yīng)用分析用ROM設(shè)計(jì)邏輯函數(shù)五.ROM的分析與應(yīng)用ROM的應(yīng)用分析例題1:分析如圖所示電路的邏輯功能。

例題2：分析如圖所示電路的邏輯功能。ROM的應(yīng)用分析ROM的分析——例題1例題1:分析如圖所示電路的邏輯功能。解：DCBAF3F2F1F000000011000101000010010100110110010001110101100001101001011110101000101110011100101000001011000011000000110100001110000011110000*由圖寫表達(dá)式：*由表達(dá)式列真值表:*邏輯功能：實(shí)現(xiàn)8421BCD碼到余3碼的轉(zhuǎn)換。ROM的分析——例題2例題2：分析如圖所示電路的邏輯功能。解:*由圖寫表達(dá)式:*由圖列真值表:(見P193表4.3.9)*邏輯功能:一位全加器用ROM的設(shè)計(jì)邏輯函數(shù)例題1:用ROM設(shè)計(jì)邏輯函數(shù):例題2:用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)一位全減器.例題3：用ROM實(shí)現(xiàn)多輸出函數(shù)用ROM的設(shè)計(jì)邏輯函數(shù)ROM的設(shè)計(jì)——例題1例題1:用ROM設(shè)計(jì)邏輯函數(shù):解：*將函數(shù)整理成最小項(xiàng)表達(dá)式：*畫ROM的連接圖ROM的設(shè)計(jì)——例題2例題2:用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)一位全減器.解：*列真值表ABCICOSABCICOS0000010001001111010001011110000111011111（減法A

–B

–CI=COS）*由真值表寫表達(dá)式*由表達(dá)式畫ROM的連接圖ROM的設(shè)計(jì)——例題2（續(xù)）例題2:用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)一位全減器.解：*由真值表寫表達(dá)式*由表達(dá)式畫ROM的連接圖ROM的設(shè)計(jì)——例題3例題3:用ROM實(shí)現(xiàn)多輸出函數(shù)*由表達(dá)式畫ROM的連接圖解：*將函數(shù)整理成最小項(xiàng)表達(dá)式ROM的設(shè)計(jì)——例題3（續(xù)）例題3:用ROM實(shí)現(xiàn)多輸出函數(shù)解：*寫最