第八章半導體存儲器

電子技術數字電路部分第八章半導體存儲器1第八章半導體存儲器§8.1概述§8.2只讀存儲器(ROM)§8.3讀寫存儲器(RAM)2

存儲器是用來存儲二值數字信息的大規(guī)模集成電路，是進一步完善數字系統功能的重要部件。它實際上是將大量寄存器按一定規(guī)律結合起來的整體，可以被比喻為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一個號碼（地址碼），每個房間內有一定內容（一個二進制數碼，又稱為一個“字”）?！?.1概述3大規(guī)模集成電路在一塊硅半導體的基片上集成了1000個以上的元件(等效100門)的集成電路.分類:從應用的角度分:通用型:存貯器MEMORY．微處理器CPU．單片計算機MCU。專用型：針對特殊用途而專門設計的ASIC。從電路結構分：TTL：雙極型，I2L；MOS：單極型，NMOS，CMOS4存貯器在計算機中用來存放數據．指令．中間結果及各種資料的存貯裝置。存貯器容量：把存貯的二進制位數的總數稱為其容量。容量＝字數＊字長分類：工作方式：(1)只讀存儲器(ROM)(2)讀寫存儲器(RAM)存貯方式：內存貯器外存貯器5存貯器：對存貯器的要求容量大速度快功耗小可靠性高集成度高6特點：信息只能讀出，不能寫入分類：從電路結構：二極管ROM，雙極型ROM，單極型ROM從編程方式：固定ROM，可編程ROM（PROM），可擦可編ROM，EPROM,PAROM§8.2只讀存儲器(ROM)ReadOnlyMemory

只讀存儲器，工作時其存儲的內容固定不變。因此，只能讀出，不能隨時寫入，所以稱為只讀存儲器。78.2.1ROM的基本結構及工作原理ROM主要由地址譯碼器、存儲矩陣和輸出電路三部分組成。下圖是由二極管構成的ROM電路：地址譯碼器存貯矩陣M＊N輸出電路A1A2W0W1W2W38ROM功能及結構地址譯碼器：選擇所需要的單元：尋址存貯陣列：由很多重復排列的結構完全相同的存貯單元構成，每一個存貯單元存貯一位二進制數據，存貯單元的數目決定了存貯器的容量。9輸出電路存儲矩陣字線位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端W3W0W2W110ROM的基本結構它由二極管構成（NMOS）它是一個4（字）＊4（位）的存貯器。A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端W3字線位線W2W0W111ROM的基本結構存貯信息：1．字線與地址碼的關系是“與“的關系。W0=A1A0W1＝A1A0

W2＝A1A0W3＝A1A0

．字線與位線之間的關系（或關系）。D3=W3D2＝W2＋W1D1＝W3＋W0D0＝W0＋W1＋W2A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端字線位線W2W0W1W312000101111100110011001001地址A1A0D3D2D1D0內容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端

給出任意一個地址碼，譯碼器與之對應的字線變?yōu)楦唠娖剑M而從位線上便可輸出四位數字量。字線位線圖中存儲器的內容如右表W2W0W1W313+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3

左圖是使用MOS管的ROM矩陣：字線和位線間有MOS管的單元存儲“0”，無MOS管的單元存儲“1”。14

在前面介紹的兩種存儲器中，其存儲單元中的內容在出廠時已被完全固定下來，使用時不能變動，稱為固定ROM。

有一種可編程序的ROM，在出廠時全部存儲“1”，用戶可根據需要將某些單元改寫為“0”,然而只能改寫一次，稱其為PROM。字線位線熔斷絲

若將熔絲燒斷，該單元則變成“0”。顯然，一旦燒斷后不能再恢復。15PROM中的內容只能寫一次，有時仍嫌不方便，于是又發(fā)展了一種可以改寫多次的ROM，簡稱EPROM。它所存儲的信息可以用紫外線或X射線照射擦去，然后又可以重新編制信息。ROM的主要技術指標是存儲容量。它一般用[存儲字數：2N][輸出位數：M]來表示(其中N為存儲器的地址線數)。例如：128字

8位、1024字

8位等。168.2.2ROM的應用舉例1.用于存儲固定的專用程序2.利用ROM可實現查表或碼制變換等功能

查表功能－－查某個角度的三角函數

把變量值（角度）作為地址碼，其對應的函數值作為存放在該地址內的數據，這稱為“造表”。使用時，根據輸入的地址(角度)，就可在輸出端得到所需的函數值，這就稱為“查表”。

碼制變換－－把欲變換的編碼作為地址，把最終的目的編碼作為相應存儲單元中的內容即可。173.ROM在波形發(fā)生器中的應用ROMD/A計數器CP計數脈沖送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296318ROMD/A計數器CP計數脈沖送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo019ROM陣列結構在存貯矩陣中，字線W與位線D的交叉處，若有二極管，則存貯的內容為1，無二極管則存貯的信號為0。ROM的陣列結構由兩部分構成：與陣列：表示字線W和地址碼AiAj之間的邏輯關系，水平表示地址碼，垂直線表示字線，在圖中用圓點來表示與邏輯關系?；蜿嚵校罕硎疚痪€和字線之間的或邏輯關系，在圖中用圓點來表示。水平線表示位線D，垂直線表示字線W20可編程邏輯陣列（PLA）對譯碼矩陣和存貯矩陣都能進行編程的邏輯電路特點：能提高器件的利用率，節(jié)省硅片面積。能實現各種組合邏輯函數和時序邏輯函數21可編程邏輯陣列（PLA）“與“ROM陣列“或“ROM陣列輸入輸出實現組合邏輯電路的電路結構22應用：用PLA來實現組合邏輯函數：

F1＝m（3，4，6，7）

F2=m(0,2,3,4,7)設計步驟：對F1．F2進行化簡（圖形法）。得到F1＝AC＋BCF2＝BC＋BC＋AB根據化簡后的F1和F2的與項和或項進行編程23應用：用PLA來實現組合邏輯函數：

F1＝m（3，4，6，7）

F2=m(0,2,3,4,7)ABCY1Y2Y3Y4F1F2ABC24

讀寫存儲器又稱隨機存儲器。

讀寫存儲器的特點是：在工作過程中，既可從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機存儲器，簡稱RAM。RandomAccessMemory...RAM按功能可分為靜態(tài)、動態(tài)兩類；RAM按所用器件又可分為雙極型和MOS型兩種?！?.3讀寫存儲器(RAM)

25RAM結構地址譯碼器存貯陣列讀／寫控制電路I／O電路讀寫（R／W）片選（CS）傳輸通道用來控制選中單元的讀出或寫入選擇所需要的單元：尋址由重復排列的結構完全相同的存貯單元構成，每一個存貯單元存貯一位數據268.3.1基本存儲單元WiDD符號VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字線數據線數據線27介紹基本存儲單元的工作原理:VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字線數據線．位線數據線．位線VCCT2T1T3T4

由增強型NMOS管T1、

T2、T3和T4

構成一個基本R-S觸發(fā)器，它是存儲信息的基本單元。而T5和T6是門控管，由字線Wi控制其導通或截止：Wi＝1則導通，否則截止。28

門控管T5和T6導通時，“讀”、“寫”操作由讀寫控制端R/W控制：R/W=0時，1、3門打開，數據由I/O端送入存儲器，完成寫操作；反之，R/W=1時，1、3門關閉，2門打開，數據由I/O線讀出。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4數據線數據線字線12329D1W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D0D0存儲矩陣8.3.2存儲器的整體結構308.3.3RAM組件及其連接

常用RAM組件的類型很多，以下介紹兩種：RAM2114和RAM6116。RAM2114共有10根地址線，4根數據線。故其容量為：1024字×4位（又稱為1K×4）RAM6116的容量為：2048字×8位（又稱為2K×8）31RAM2114、2116的管腳圖123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管腳圖A2A7111