《半导体存储器 》PPT课件

第 六 章 半 导 体 存 储 器 6.1 概 述 6.2 顺 序 存 取 存 储 器 （ SAM） 6.3 随 机 存 取 存 储 器 （ RAM） 6.4 只 读 存 储 器 （ ROM） 第 六 章 半 导 体 存 储 器6.1 概 述 存 储 器 是 存 储 信 息 的 器 件 ， 主 要 用 来 存 放 二 进 制 数据 、 程 序 和 信 息 ， 是 计 算 机 等 数 字 系 统 中 不 可 缺 少 的 组成 部 分 。6.1.1 半 导 体 存 储 器 的 特 点集 成 度 高 ， 体 积 小可 靠 性 高 ， 价 格 低外 围 电 路 简 单 易 于 批 量 生 产 6.1.2 半 导 体 存 储 器 的 分 类按 存 取 功 能 ， 半 导 体 存 储 器 可 分 为 ：顺 序 存 取 存 储 器 SAM(Sequential access memory)。 按 器 件 类 型 ， 半 导 体 存 储 器 可 分 为 ： 双 极 型 存 储 器 和 MOS型 存 储 器 只 读 存 储 器 ROM（ Read-only memory ）随 机 存 取 存 储 器 RAM（ Random access memory） 6.2 顺 序 存 取 存 储 器 （ SAM） SAM 是 一 种 按 顺 序 串 行 地 写 入 或 读 出的 存 储 器 ， 也 成 为 串 行 存 储 器 ， 由 于 SAM的 数 据 是 按 一 定 顺 序 串 行 写 入 或 读 出 ， 所 以它 实 质 上 就 是 移 位 寄 存 器 。 SAM按 数 据 读 出 的 顺 序 分 为 先 入 先 出 和先 入 后 出 型 。 6.3 随 机 存 取 存 储 器 （ RAM）存 储 单 元 存 放 一 位 二 进 制 数 的 基 本 单 元 (即 位 )。存 储 容 量 存 储 器 含 存 储 单 元 的 总 个 (位 )数 。存 储 容 量 = 字 数 （ word） 位 数 （ bit） 地 址 存 储 器 中 每 一 个 字 的 编 号2561， 2564 一 共 有 256 个 字 ， 需 要 256 个 地 址10244， 10248 一 共 有 1024 个 字 ， 需 要 1024 个 地 址地 址 译 码 用 译 码 器 赋 予 每 一 个 字 一 个 地 址N 个 地 址 输 入 ， 能 产 生 2N 个 地 址一 元 地 址 译 码 (单 向 译 码 、 基 本 译 码 、 字 译 码 )二 元 地 址 译 码 (双 向 译 码 、 位 译 码 ) 行 译 码 、 列 译 码 6.3.1 RAM 的 结 构 与 工 作 原 理 存 储 矩 阵读 /写控 制 器地址译码器地址码输入片 选读 /写 控 制输 入 /输 出CS R / W I / O 例 对 256 4 存 储 矩 阵 进 行 地 址 译 码一元地址译码 D3D2D1D0W0W1W256译码器 0 0 1 11 0 1 00 1 1 1A0A1A710.0缺 点 : n 位 地 址 输 入 的译 码 器 ,需 要 2 n 条输 出 线 。 1 0 1 0二元地址译码Y0Y1 Y15A0A1A2A3 X0X1X15行译码器 A4 A5 A6 A7列 译 码 器 Dout 8 位 地 址 输 入 的地 址 译 码 器 ,只 有 32条 输 出 线 。 25 (32) 根 行 选 择 线10 根 地 址 线 2n (1024)个 地 址25 (32)根 列 选 择 线1024 个 字 排 列 成 32 32 矩 阵当 X0 = 1， Y0 = 1 时 ，对 0-0 单 元 读 (写 )当 X31 = 1， Y31 = 1时 ，对 31-31 单 元 读 (写 ) 例 1024 1 存 储 器 矩 阵 6.3.2 RAM的 存 储 单 元(一 ) 静 态 存 储 单 元基 本 工 作 原 理 ： DDS RQ Q 位线B位线B 门 控 管控 制 触 发 器 与 位 线 的 连 通截 止截 止 导 通 导 通截 止 截 止 01导 通 导 通 读 操 作 时 : QDQD写 操 作 时 : QD DQ 门 控 管控 制 位 线 与 数 据 线 的 连 通1 MOS管 为简 化 画 法 VDDVG G DD1. 六 管 NMOS 存 储 单 元VDDVG G 1导 通 0 截 止0截 止 1 导 通特 点 ： 断 电 后 数 据 丢 失 2. 六 管 CMOS 存 储 单 元VDD DDNP 特 点 ： PMOS 作 NMOS负 载 ， 功 耗 极 小 ， 可在 交 流 电 源 断 电 后 ,靠电 池 保 持 存 储 数 据 . (二 ) 动 态 存 储 单 元1. 四 管 动 态 存 储 单 元 控 制对 位 线 的 预 充 电 VDD存 储 单 元 DD CBCB预充脉冲C1C2 导通截止 门 控 管控 制 存 储 单 元与 位 线 的 连 通 门 控 管控 制 位 线 与 数据 线 的 连 通 1若 无 预 充 电 ， 在 “ 读 ” 过 程 中 C 1 存 储 的 电 荷 有 所 损失 ， 使 数 据 “ 1”被 破 坏 ， 而 预 充 电 则 起 到 给 C1 补充 电 荷 的 作 用 ， 即 进 行 一 次 刷 新 。 2. 三 管 动 态 存 储 单 元 C B VDDC 先 使 读 位 线 预 充 电 到 高 电 平当 读 字 线 为 高 电 平 时 T3 导 通若 C 上 存 有 电 荷 (1)使 T2 导 通 , 则 CB 放 电 , 使读 位 变 为 低 电 平 (0)若 C 上 没 有 电 荷 (0)使 T2 截 止 , 则 CB 不 放 电 , 使 读 位 线 保 持 高 电 平 (1)当 写 字 线 为 高 电 平 时 T 1 导 通将 输 入 信 号 送 至 写 位 线 ， 则 将 信 息 存 储 于 C 中 6.3.3 RAM 存 储 容 量 的 扩 展(一 ) 位 扩 展 地 址 线 、 读 /写 控 制 线 、 片 选 线 并 联输 入 / 输 出 线 分 开 使 用如 ： 用 8 片 1024 1 位 RAM 扩 展 为 1024 8 位 RAMI / O (0)A0A1 A9R/WCS I / O (1)A0A1A9 R/WCS I / O (7)A0A1A9 R/WCSA0A1.A9CSR / W I0 I1 I7 D0D7O0 O1 O7 (二 ) 字 扩 展 （ 三 ） RAM 芯 片 举 例123456789101112 242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1 A0D0D1D 2G ND VDDA8A9WEOEA10CS D7D6D5D4D3 片 选输 出 使 能写 入 控 制输入工作方式I / OCS OE WE A0A10 D0D71 0 0 1 稳 定0 0 稳 定 低 功 耗 维 持读写 高 阻 态输 出输 入 6.4 只 读 存 储 器 （ ROM）6.4.1 ROM 的 分 类分 类 掩 模 ROM可 编 程 ROM（ PROM Programmable ROM）可 擦 除 可 编 程 ROM（ EPROM Erasable PROM）说 明 :掩 模 ROMPROM 生 产 过 程 中 在 掩 模 板 控 制 下 写 入 ， 内 容 固 定 ，不 能 更 改内 容 可 由 用 户 编 好 后 写 入 ， 一 经 写 入 不 能 更 改紫 外 光 擦 除 （ 约 二 十 分 钟 ）EPROM 存 储 数 据 可 以 更 改 ， 但 改 写 麻 烦 ， 工 作 时 只 读EEPROM 或 E 2PROM 电 擦 除 （ 几 十 毫 秒 ） 6.4.2 ROM 的 逻 辑 结 构 与 工 作 原 理1. 基 本 结 构一 、 ROM 的 结 构 示 意 图 地 址 输 入数 据 输 出01 AAn n 位 地 址 01 DDb b 位 数 据 A0 A1 An-1D0 D1 Db-1D0 D1 Db-1A0 A1 An-12n b ROM最 高 位 最 低 位 2. 内 部 结 构 示 意 图 存 储 单 元数 据 输 出字线 位 线地 址 译 码 器ROM 存 储 容 量 = 字 线 数 位 线 数 = 2 n b（ 位 ）地址输入 0单 元1单 元i 单 元2n-1单 元D0D1 Db-1A0A1An-1 W0W1WiW2n-1 3. 逻 辑 结 构 示 意 图m0A0A1An-1 m1mim2n-1译码器Z0 (D 0) 或门Z1 (D1) 或门Zb-1(Db-1) 或门2n个 与 门 构 成 n 位二 进 制 译 码 器 , 输出 2n 个 最 小 项 。 01210 DmmmZ ni 1101 DmmmZ i . 112101 b-ib- DmmmmZ n n个输入变量 b 个 输 出 函 数或 门 阵 列与 门 阵 列 W0(m0)W2(m2) D0=W0+W2=m0+m2二 、 ROM 的 基 本 工 作 原 理1. 电 路 组 成二 极 管 或 门二 极 管 与 门 W0(m0)+VCC1A0A 1A1 11A0 1Vcc EN D3EN D2EN D1EN D0D3D2D1D0W0(m0) W1(m1)W2(m2)W3(m3) 与门阵列(译 码 器 )或门阵列(编 码 器 ) 位线字 线 输 出缓 冲EN 2. 工 作 原 理输 出 信 号 的 逻 辑 表 达 式 0100 AAmW 0111 AAmW 0122 AAmW 0133 AAmW 00101 20200 AAAAA mmWWD 013211 AAWWWD 103202 AAWWWD 0313 AWWD 1A1 11A0 1Vcc EN D3EN D2EN D 1EN D0D3D2D1D0W0(m0) W1(m1)W2(m2)W3(m3) 与门阵列(译 码 器 )或门阵列 (编 码 器 ) 位线 输 出缓 冲EN字 线字 线 ：位 线 ： 输 出 信 号 的 真 值 表0 00 11 01 1 0 1 0 1A1 A0 D3 D2 D1 D01 0 1 00 1 1 11 1 1 03. 功 能 说 明(1) 存 储 器(2) 函 数 发 生 器 地 址 存 储数 据输 入 变 量 01 AA输 出 函 数 0123 DDDD(3) 译 码 编 码 字 线 编 码0W 0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0A1 A00 00 11 01 1输 入变 量 输 出函 数1W2W3W 第 六 章 小 结1. 随 机 存 取 存 储 器 (RAM）组 成 ： 主 要 由 地 址 译 码 器 、 读 /写 控 制 电 路 和 存 储 矩 阵 三 部 分 组 成 。功 能 ： 可 以 随 时 读 出 数 据 或 改 写 存 储 的 数 据 ， 并 且 读 、 写 数 据 的 速 度 很 快 。种 类 ： 分 为 静 态 RAM 和 动 态 RAM 。应 用 ： 多 用 于 经 常 更 换 数 据 的 场 合 ， 最 典 型 的 应 用 就 是 计 算 机 中 的 内 存 。特 点 ： 断 电 后 ， 数 据 将 全 部 丢 失 。 2. 只 读 存 储 器 （ ROM）分 类 ： 掩 模 ROM 可 编 程 ROM（ PROM) 可 擦 除 可 编 程 ROM（ EPROM) 只 读 存 储 器 ROM中 存 储 的 内 容 一 旦 写 入 ,在 工 作 过 程 中不 会 改 变 ， 断 电 后 数 据 也 不 会 丢 失 ， 所 以 ROM也 称 为 固定 存 储 器 ， 它 在 正 常 工 作 时 ， 只 能 读 出 信 息 ， 不 能 随 时写 入 信 息 。