串行存儲(chǔ)器教學(xué)課件

17.1概述

從存、取功能上可以分為只讀存儲(chǔ)器（Read-OnlyMemory，簡(jiǎn)稱ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱RAM）兩大類。隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器的根本區(qū)別在于，正常工作狀態(tài)下可以隨時(shí)向存儲(chǔ)器里寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)。根據(jù)所采用的存儲(chǔ)單元工作原理的不同，又將隨機(jī)存儲(chǔ)器分為靜態(tài)存儲(chǔ)器（StaticRandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱SRAM）和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DynamicRandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱DRAM）。從制造工藝上有可以把存儲(chǔ)器分為雙極型和MOS型。27.2只讀存儲(chǔ)器（ROM）7.2.1掩模只讀存儲(chǔ)器圖7-2-1ROM的電路結(jié)構(gòu)框圖37.2.1掩模只讀存儲(chǔ)器

ROM的電路結(jié)構(gòu)包含存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器和輸出緩沖器三個(gè)部分。存儲(chǔ)矩陣由許多存儲(chǔ)單元排列而成。存儲(chǔ)單元可以用二極管構(gòu)成，也可以用二極型三極管或MOS管構(gòu)成。每個(gè)單元存放1位二值代碼（0或1）。每一個(gè)或一組存儲(chǔ)單元有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址代碼。地址譯碼器的作用是將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信號(hào)，利用這個(gè)控制信號(hào)從存儲(chǔ)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。輸出緩沖器的作用有兩個(gè)，一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，而是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便于系統(tǒng)的總線教聯(lián)接。4固定ROM

只讀存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的內(nèi)容一般是固定不變的，常工作時(shí)只能讀數(shù)，不能寫入，并且在斷電后不丟失其中存儲(chǔ)的內(nèi)容，故稱為只讀存儲(chǔ)器。ROM組成：地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣輸出電路ROM結(jié)構(gòu)方框圖

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地址譯碼器有n個(gè)輸入端，有2n個(gè)輸出信息，每個(gè)輸出信息對(duì)應(yīng)一個(gè)信息單元，而每個(gè)單元存放一個(gè)字，共有2n個(gè)字（W0、W1、…W2n-1稱為字線）。

每個(gè)字有m位，每位對(duì)應(yīng)從D0、D1、…Dm-1輸出（稱為位線）。存儲(chǔ)器的容量是2n×m(字線×位線)。

ROM中的存儲(chǔ)體可以由二極管、三極管和MOS管來(lái)實(shí)現(xiàn)。6圖7-2-2

二極管ROM

字的讀出方法

在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)存入的是1還是0，是由接入或不接入相應(yīng)的二極管來(lái)決定的。

7存儲(chǔ)矩陣為了便于表達(dá)和設(shè)計(jì)，通常將圖7.2.2簡(jiǎn)化如圖7.2.3所示。圖7-2-34×4ROM陣列圖

有存儲(chǔ)單元地址譯碼器圖7.2.2二極管ROM8

在編程前，存儲(chǔ)矩陣中的全部存儲(chǔ)單元的熔絲都是連通的，即每個(gè)單元存儲(chǔ)的都是1。用戶可根據(jù)需要，借助一定的編程工具，將某些存儲(chǔ)單元上的熔絲用大電流燒斷，該單元存儲(chǔ)的內(nèi)容就變?yōu)?，此過(guò)程稱為編程。熔絲燒斷后不能再接上，故PROM只能進(jìn)行一次編程。7.2.2可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）

圖7-2-4PROM的可編程存儲(chǔ)單元9

圖7-2-5PROM107.2.3可擦可編程ROM（EPROM）

最早出現(xiàn)的是用紫外線照射擦除的EPROM（Ulta-VioletErasableProgrammableRead-OnlyMemory，簡(jiǎn)稱UVEPROM）。電可擦除的可編程ROM（ElectricallyErasableProgrammableRea-OnlyMemory，簡(jiǎn)稱E2PROM）。快閃存儲(chǔ)器（FlashMemory）也是一種電擦除的可編程ROM。

11浮置柵MOS管（簡(jiǎn)稱FAMOS管）的柵極被SiO2絕緣層隔離，呈浮置狀態(tài)，故稱浮置柵。當(dāng)浮置柵帶負(fù)電荷時(shí)，F(xiàn)AMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，源極－漏極可看成短路，所存信息是0。若浮置柵上不帶有電荷，則FAMOS管截止，源極－漏極間可視為開路，所存信息是1。

一、EPROM（UVEPROM）12圖7-2-6

浮置柵EPROM(a)浮置柵MOS管的結(jié)構(gòu)(b)EPROM存儲(chǔ)單元帶負(fù)電-導(dǎo)通-存0不帶電-截止-存113疊柵注入MOS管（Stacked-gateInjuctionMetal-Oxide-Semiconductor，簡(jiǎn)稱SIMOS管）圖7-2-8

使用SIMOS管的256

1位EPROM圖7-2-7SIMOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)14二、E2PROM在E2PROM的存儲(chǔ)單元中采用了一種叫做浮柵隧道氧化層MOS管（FloatinggateTunnelOxide，簡(jiǎn)稱Flotox管）

圖7-2-11E2PROM的存儲(chǔ)單元圖7-2-10Flotox管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)15圖7.2.12給出了E2PROM存儲(chǔ)單元在三種不同工作狀態(tài)下各個(gè)電極所加電壓的情況。（c）寫入（寫0）狀態(tài)（a）讀出狀態(tài)（b）擦除（寫1）狀態(tài)圖7-2-11E2PROM存儲(chǔ)單元的工作狀態(tài)16三、快閃存儲(chǔ)器（FlashMemory）

采用與EPROM中的疊柵MOS管相似的結(jié)構(gòu)，同時(shí)保留了EEPROM用隧道效應(yīng)擦除的快捷特性。理論上屬于ROM型存儲(chǔ)器；功能上相當(dāng)于RAM。單片容量已達(dá)64MB，并正在開發(fā)256MB的快閃存儲(chǔ)器?？芍貙懢幊痰拇螖?shù)已達(dá)100萬(wàn)次。

177.3隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）

7.3.1靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）一、SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理二、SRAM的靜態(tài)存儲(chǔ)單元

18圖7-3-1SRAM的結(jié)構(gòu)框圖返回19圖7-3-21024

4位RAM（2114）的結(jié)構(gòu)框圖20圖7-3-3六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元21圖7-3-4六管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元返回22圖7-3-5雙極型RAM的靜態(tài)存儲(chǔ)單元返回237.3.2靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）DRAM的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元靈敏恢復(fù)/讀出放大器DRAM的總體結(jié)構(gòu)24圖7-3-6四管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元返回25圖7-3-7三管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元返回26圖7-3-8單管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元返回27圖7-3-9DRAM中的靈敏恢復(fù)/讀出放大器返回28圖7-3-10靈敏恢復(fù)/讀出放大器的

讀出過(guò)程返回（a）讀出0的情況（b）讀出1的情況29圖7-3-11DRAM的總體結(jié)構(gòu)框圖307.4存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)充

7.4.1位擴(kuò)展方式7.4.2字?jǐn)U展方式31圖7-4-1RAM的位擴(kuò)展接法返回32圖7-4-2RAM的字?jǐn)U展接法返回337.5用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)

表7-5-1一個(gè)ROM的數(shù)據(jù)表34例7-5-1試用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示的譯碼器，其真值表由表7-5-2給出。35圖7-5-1例7-5-1的電路返回36例7-5-2試用ROM產(chǎn)生如下的一組多數(shù)出邏輯函數(shù)。37圖7-5-2例7-5-2的ROM點(diǎn)陣圖返回387.6串行存儲(chǔ)器

7.6.1串行存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

串行存儲(chǔ)器是為適應(yīng)某些設(shè)備對(duì)元器件的低功耗和小型化的要求而設(shè)計(jì)的。主要特點(diǎn)：所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是按一定順序串行寫入和讀出的，故對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)單元的訪問(wèn)與它在存儲(chǔ)器中的位置有關(guān)。39圖7-6-1用靜態(tài)移位寄存器組成的串行存儲(chǔ)器返回40圖7-6-2后進(jìn)先出型串行存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)框圖返回41圖7-6-3串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)先出型串行存儲(chǔ)器返回427.6.2串行存儲(chǔ)器中的動(dòng)態(tài)MOS移位寄存單元兩相有比型動(dòng)態(tài)MOS移位寄存單元兩相無(wú)比型動(dòng)態(tài)MOS移位寄存單元?jiǎng)討B(tài)CMOS移位寄存單元43圖7-6-4有比型動(dòng)態(tài)MOS反相器返回44圖7-6-5兩相有比型動(dòng)態(tài)MOS移位寄存單元返回（a）電路結(jié)構(gòu)（b）工作波形45圖7-6-6無(wú)比型動(dòng)態(tài)MOS反相器返回46圖7-6-7兩相無(wú)比型動(dòng)態(tài)MOS移位

寄存單元返回（a）電路結(jié)構(gòu)（b）工作波形47圖7-6-8改進(jìn)的兩相無(wú)比型動(dòng)態(tài)M