《電子與電工技術(shù)》課件第16章

16.1概述

16.2只讀存儲(chǔ)器(ROM)16.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)小結(jié)

習(xí)題

第16章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介

1．存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)用來(lái)存儲(chǔ)信息的部件。按存取速度和用途可把存儲(chǔ)器分為兩大類(lèi)：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。

2．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)

由于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，運(yùn)算速度越來(lái)越快，這就要求存儲(chǔ)器具有更大的容量和更快的存取速度。6.1概述

1．掩膜式ROM

1)掩膜式ROM的結(jié)構(gòu)

對(duì)于掩膜式ROM，用戶不可對(duì)其編程，其內(nèi)容已由廠家設(shè)定好，不能更改。ROM由地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣和讀出電路組成，如圖16－1所示。地址譯碼器的作用是根據(jù)輸入的地址代碼A0~An-1，從N(N=2n)條字線中選擇一條字線，以確定與地址代碼相對(duì)應(yīng)的字單元的位置。至于選擇哪一條字線，則決定于輸入的是哪一個(gè)地址代碼。16.2只讀存儲(chǔ)器(ROM)圖16－1ROM的電路結(jié)構(gòu)框圖

2)ROM的工作原理

圖16－2所示是一個(gè)由二極管構(gòu)成的容量為4×4的ROM。

地址譯碼器部分是由二極管(也可用三極管或場(chǎng)效應(yīng)管)構(gòu)成的與門(mén)陣列，稱(chēng)為與陣列，每條字線上的各二極管構(gòu)成一個(gè)與門(mén)。

根據(jù)圖16－2的二極管存儲(chǔ)矩陣，可列出全部地址所對(duì)

應(yīng)存儲(chǔ)單元內(nèi)容的真值表，如表16－1所示。圖16－2二極管ROM電路

表16－1二極管存儲(chǔ)器矩陣的真值表為簡(jiǎn)化電路圖，圖16－2所示的ROM可以畫(huà)成如圖16－3所示的陣列圖。在陣列圖中，每個(gè)交叉點(diǎn)表示一個(gè)存儲(chǔ)單元。有二極管的存儲(chǔ)單元用一黑點(diǎn)表示，意味著存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是1；沒(méi)有二極管的存儲(chǔ)單元不用黑點(diǎn)表示，意味著存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是0。圖16－3ROM的陣列圖

2．可擦除的PROM

對(duì)于可擦除的PROM(ErasablePROM，EPROM)，其內(nèi)容可用紫外線擦除，用戶可對(duì)其進(jìn)行多次編程。EPROM的寫(xiě)入需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，而數(shù)據(jù)的擦除則需要把ROM上的保護(hù)標(biāo)簽取下，把內(nèi)部芯片暴露在紫外光的照射下一段時(shí)間。實(shí)際上這種ROM稱(chēng)為Programmable相當(dāng)勉強(qiáng)，因?yàn)閷?xiě)入電路是專(zhuān)用的，通常不會(huì)集成在計(jì)算設(shè)備之中，所以它通常做成不常更新，而且是插拔方式的。當(dāng)需要更新的時(shí)候，才將其取下來(lái)放入專(zhuān)用的寫(xiě)入設(shè)備進(jìn)行改寫(xiě)。

3．電擦除的PROM

電擦除的PROM(ElectricallyErasablePROM，EEPROM或E2PROM)能以字節(jié)為單位擦除和改寫(xiě)。與EPROM不同，E2PROM的擦寫(xiě)可以用電路而不是紫外線來(lái)完成。擦寫(xiě)的

電壓比讀入電壓要高，通常在20V以上，擦寫(xiě)速度也較EPROM快，在毫秒量級(jí)。E2PROM一度使用很多，不過(guò)目前被一種改進(jìn)的ROM——FlashROM代替了。

4．快閃存儲(chǔ)器(FlashMemory)

這是目前最常見(jiàn)的可擦寫(xiě)ROM了，廣泛用于主板和顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等擴(kuò)展卡的BIOS存儲(chǔ)上。不過(guò)它的成本也是較高的，所以在很多低端設(shè)備中，仍有廠商使用MaskROM來(lái)降低成本，提高價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

5．典型集成EPROM

集成電路中有多種類(lèi)型的ROM。對(duì)于2716(2K×8位)、2732(32K×8位)、2764(8K×8位)、……、27512(64K×8位)等EPROM集成芯片，除存儲(chǔ)容量和編程電壓等參數(shù)不同外，其它參數(shù)基本相同。

常用EPROM芯片的主要技術(shù)特性如表16－2所示。表16－2常用EPROM芯片的主要技術(shù)特性圖16－42764引腳圖示意圖

2764是一個(gè)28腳雙列直插封裝的紫外線可擦除可編程ROM集成電路。2764共有213個(gè)字，存儲(chǔ)容量為8K×8位。其引腳圖如圖16－4所示。

2764有5種操作方式，如表16－3所示。表16－3EPROM2764的操作方式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱(chēng)RAM，也叫做讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器，它既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時(shí)寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)。RAM的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的易失性，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。

1．RAM的基本結(jié)構(gòu)

RAM一般由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、片選控制和讀/寫(xiě)控制電路等組成，如圖16－5所示。存儲(chǔ)器有三類(lèi)信號(hào)線，即數(shù)據(jù)線、地址線和控制線。16.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)圖16－5RAM的結(jié)構(gòu)示意圖

1)存儲(chǔ)矩陣

一個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)有許多存儲(chǔ)單元，一般按矩陣形式排列，排成n行和m列，存儲(chǔ)器以字為單位組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一個(gè)字含有若干個(gè)存儲(chǔ)單元，一個(gè)字所含位數(shù)稱(chēng)為字長(zhǎng)。

2)地址譯碼

通常存儲(chǔ)器以字為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作，每次讀出或?qū)懭胍粋€(gè)字，將存放同一個(gè)字的存儲(chǔ)單元編成一組，并賦予一個(gè)號(hào)碼，稱(chēng)為地址。圖16－6256×4存儲(chǔ)矩陣

3)輸入/輸出控制

RAM中的輸入/輸出控制電路除了對(duì)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)讀或?qū)懖僮鞯目刂仆猓瑸榱吮阌诳刂?，還需要一些其他控制信號(hào)。圖16－7給出了一個(gè)簡(jiǎn)單輸入/輸出控制電路，它不僅有讀/寫(xiě)控制信號(hào)R/，還有片選控制信號(hào)CS。圖16－7輸入/輸出控制電路

2．RAM的分類(lèi)

根據(jù)制造工藝的不同，隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM主要有雙極型和MOS型兩類(lèi)。

3．典型RAM芯片介紹

6116是一種典型SRAM存儲(chǔ)器芯片。6116芯片的存儲(chǔ)容量為2K×8位，片內(nèi)有16384(即16K)個(gè)存儲(chǔ)單元，排列成128×128的矩陣，構(gòu)成2K個(gè)字，字長(zhǎng)8位，可構(gòu)成2KB的內(nèi)存。該芯片有11條地址線，分成7條行地址線A4～A0，4條列地址線A0～A3，一個(gè)11位地址碼選中一個(gè)8位存儲(chǔ)字，需有8條數(shù)據(jù)線D0～D7與同一地址的8位存儲(chǔ)單元相連，由這8條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出與寫(xiě)入。

1)6116引腳圖

圖16－8所示是2K×8位靜態(tài)CMOSRAM6116的引腳排列圖。6116的24個(gè)引腳中除11條地址線(A0～A10)、8條數(shù)據(jù)線(D0～D7)、l條電源線VCC和1條接地線GND外，還有3條

控制線——片選信號(hào)、寫(xiě)允許信號(hào)和輸出允許信號(hào)。圖16－8SRAM6116引腳排列圖

2)芯片工作方式與控制信號(hào)之間的關(guān)系

表16－4所列是6116的工作方式與控制信號(hào)之間的關(guān)系，讀出和寫(xiě)入線是分開(kāi)的，而且寫(xiě)入優(yōu)先。表16－4靜態(tài)RAM6116的工作方式與控制信號(hào)之間的關(guān)系

(1)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)特別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部件，它可分為RAM和ROM兩大類(lèi)。

(2)ROM是一種非易失性的存儲(chǔ)器，它存儲(chǔ)的是固定數(shù)據(jù)，一般只能被讀出。根據(jù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可編程ROM。后者又可細(xì)分為PROM、

EPROM、E2PROM和快閃存儲(chǔ)器等，特別是E2ROM和快閃存儲(chǔ)器可以進(jìn)行電擦寫(xiě)，已兼有了RAM的特性。小結(jié)

(3)RAM是一種時(shí)序邏輯電路，具有記憶功能。其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)隨電源斷電而消失，因此是一種易失性的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。它包含有SRAM和DRAM兩種類(lèi)型，前者用觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)，后者靠MOS管柵極電容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，在不停電的情況下，SRAM的數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)久保持，而DRAM則必須定期刷新。16－1填空題：

(1)存儲(chǔ)器的

和

是反映系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。

(2)ROM的種類(lèi)很多，但按存儲(chǔ)內(nèi)容的寫(xiě)入方式，可分為

。

(3)對(duì)于只讀存儲(chǔ)器ROM，當(dāng)電源斷掉后又接通，存儲(chǔ)器中的內(nèi)容

。

(4)一個(gè)容量為1K×8的存儲(chǔ)器有

個(gè)存儲(chǔ)單元。習(xí)題

16－2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器通常可