只读存储器和闪速存储器课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,3.4,只读存储器和闪速存储器,一、只读存储器,可编程,ROM,：用户后写入内容，有些可以多次写入。,一次性编程的,PROM,多次编程的,EPROM,和,E2PROM,。,ROM,叫做只读存储器,。顾名思义，只读的意思是在它工作时,只能读出,，,不能写入,。然而其中存储的原始数据，必须在它工作以前写入。只读存储器由于工作可靠，保密性强，在计算机系统中得到广泛的应用。主要有两类：,掩模,ROM,：掩模,ROM,实际上是一个存储内容固定的,ROM,，,由生产厂家提供产品。,1,3.4 只读存储器和闪速存储器一、只读存储器可编程ROM：,1,、掩模,ROM,(1),、掩模,ROM,的阵列结构和存储元,截止表示存,0,导通表示存,1,当行选线与,MOS,管栅极连接时，,MOS,管导通，列线上为高电平，表示该存储元存,1,。,当行选线与,MOS,管栅极不连接时，,MOS,管截止，表示该存储元存,0,。,2,1、掩模ROM(1)、掩模ROM的阵列结构和存储元 截止表示,掩膜,ROM,实际上是一个存储内容固定的,ROM,，由生产厂家提供产品。它包括广泛使用的具有标准功能的程序或数据，或提供用户定做的具有特殊功能的程序或数据，当然这些程序或数据均转换成二进制码。一旦,ROM,芯片片做成，就不能改变其中的存储内容。大部分,ROM,芯片利用在行选线交叉点上的晶体管是导通或截止来表示存,1,或存,0,。,图表示一个,168,位的,ROM,阵列结构示意图。地址输入线有,4,条，单译码结构，因此,ROM,的行选线为,16,条，对应,16,个字,16,个存储单元，每个字的长度为,8,位，所以列选线为,8,条。行、列线交叉点是一个,MOS,管存储元。当行选线与,MOS,管栅极连接时，,MOS,管导通，列线上为高电平，表示该存储元存,1,。当行选线与,MOS,管栅极不连接时，,MOS,管截止，表示该存储元存,0,。此处存,1,、存,0,的工作，在生产商厂制造,ROM,芯片时就做好了。,3,掩膜ROM实际上是一个存储内容固定的ROM，由,（,2,）、掩模,ROM,的逻辑符号和内部逻辑框图,图,(a),是掩膜,ROM,的逻辑符号，,(b),为内部逻辑框图。,ROM,有三组信号线：,地址线,8,条,，所以,ROM,的存储容量为,2,8,=256,个字，,数据线,4,条,，对应字长,4,位。,控制线两条,E,0,、,E,1,，二者是“与”的关系，可以连在一起。当允许,ROM,读出时，,E,0,=E,1,为低电平，,ROM,的输出缓冲器被打开，,4,位数据,O,3,O,0,便读出。,4,（2）、掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图,2,、可编程,ROM,EPROM,叫做光擦除可编程可读存储器,。它的存储内容可以根据需要写入，当需要更新时将原存储内容抹去，再写入新的内容。,(1),、,EPROM,存储元,当,G,1,栅有电子积累时，该,MOS,管的开启电压变得很高，即使,G,2,栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了“,0”,。,反之，,G,1,栅无电子积累时，,MOS,管的开启电压较低，当,G,2,栅为高电平时，该管可以导通，相当于存储了“,1”,。,5,2、可编程ROM EPROM叫做光擦除可编程,现以浮栅雪崩注入型,MOS,管为存储元的,EPROM,为例进行说明，结构如图,(a),所示，图,(b),是电路符号。,若在漏极,D,端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中的电场足够强，则会造成雪崩，产生很多高能量电子。此时，若在,G,2,栅上加上正电压，形成方向与沟道垂直的电场，便可使沟道中的电子穿过氧化层而注入到,G,1,栅，从而使,G,1,栅积累负电荷。,由于,G,1,栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，所以一旦电子注入到,G,1,栅后，就能长期保存。,当,G,1,栅有电子积累时，该,MOS,管的开启电压变得很高，即使,G,2,栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了“,0”,。反之，,G,1,栅无电子积累时，,MOS,管的开启电压较低，当,G,2,栅为高电平时，该管可以导通，相当于存储了“,1”,。,6,现以浮栅雪崩注入型MOS管为存储元的EPROM为例进行说明，,图,(d),示出了读出时的电路，它采用二维译码方式：,x,地址译码器的输出,xi,与,G,2,栅极相连，以决定,T,2,管是否选中；,y,地址译码器的输出,yi,与,T,1,管栅极相连，控制其数据是否读出。当片选信号,CS,为高电平即该片选中时，方能读出数据。,这种器件的上方有一个石英窗口，如图,(c),所示。当用光子能量较高的紫外光照射,G,1,浮栅时，,G,1,中电子获得足够能量，从而穿过氧化层回到衬底中，如图,(e),所示。这样可使浮栅上的电子消失，达到抹去存储信息的目的，相当于存储器又存了全“,1”,。,这种,EPROM,出厂时为全“,1”,状态，使用者可根据需要写“,0”,。写“,0”,电路如图,(f),所示，,xi,和,yi,选择线为高电位，,P,端加,20,多伏的正脉冲，脉冲宽度为,0.1,1ms,。,EPROM,允许多次重写。抹去时，用,40W,紫外灯，相距,2cm,，照射几分钟即可。,7,图(d)示出了读出时的电路，它采用二维译码方式：x地址译码器,(2),、,E,2,PROM,存储元,8,(2)、E2PROM存储元 8,这种存储器在出厂时，存储内容为全“,1”,状态。使用时，可根据要求把某些存储元写“,0”,。写“,0”,电路如图,(d),所示。漏极,D,加,20V,正脉冲,P,2,G,2,栅接地，浮栅上电子通过隧道返回衬底，相当于写“,0”,。,E,2,PROM,允许改写上千次，改写（先抹后写）大约需,20ms,，数据可存储,20,年以上。,E,2,PROM,读出时的电路如图,(e),所示，这时,G,2,栅加,3V,电压，若,G,1,栅有电子积累，,T,2,管不能导通，相当于存“,1”,；若,G,1,栅无电子积累，,T,2,管导通，相当于存“,0”,。,EEPROM,，叫做电擦除可编程只读存储器。其存储元是一个具有两个栅极的,NMOS,管，如图,(a),和,(b),所示，,G,1,是控制栅，它是一个浮栅，无引出线；,G,2,是抹去栅，它有引出线。在,G,1,栅和漏极,D,之间有一小面积的氧化层，其厚度极薄，可产生隧道效应。如图,(c),所示，当,G,2,栅加,20V,正脉冲,P,1,时，通过隧道效应，电子由衬底注入到,G,1,浮栅，相当于存储了“,1”,。利用此方法可将存储器抹成全“,1”,状态。,9,这种存储器在出厂时，存储内容为全“1”状态。使用时，可根据要,二、闪速存储器,FLASH,存储器,也翻译成,闪速存储器,，它是高密度非失易失性的读,/,写存储器。,高密度,意味着它具有巨大比特数目的存储容量。,非易失性,意味着存放的数据在没有电源的情况下可以长期保存。总之，它既有,RAM,的优点，又有,ROM,的优点，称得上是存储技术划时代的进展。,10,二、闪速存储器 FLASH存储器也翻译成闪速存,1,、,FLASH,存储元,“,0”,状态,：当控制栅加上足够的正电压时，浮空栅将储存许多电子带负电，这意味着浮空栅上有很多负电荷，这种情况我们定义存储元处于,0,状态。,“,1”,状态,：如果控制栅不加正电压，浮空栅则只有少许电子或不带电荷，这种情况我们定义为存储元处于,1,状态。,浮空栅上的电荷量决定了读取操作时，加在栅极上的控制电压能否开启,MOS,管，并产生从漏极,D,到源极,S,的电流。,11,1、FLASH存储元“0”状态：当控制栅加上足够的正电压时，,FLASH,存储元在,EPROM,存储元基础上发展起来的，由此可以看出创新与继承的关系。,如图所示为闪速存储器中的存储元，由单个,MOS,晶体管组成，除漏极,D,和源极,S,外，还有一个控制栅和浮空栅。当控制栅加上足够的正电压时，浮空栅将储存许多电子带负电，这意味着浮空栅上有很多负电荷，这种情况定义存储元处于,0,状态。如果控制栅不加正电压，浮空栅只有少许电子或不带电荷，这种情况定义为存储元处于,1,状态。浮空栅上的电荷量决定了读取操作时，加在栅极上的控制电压能否开启,MOS,管，并产生从漏极,D,到源极,S,的电流。,12,FLASH存储元在EPROM存储元基础上发展起来的，由此可以,2,、,FLASH,存储元的基本操作,编程操作,：实际上是写操作。所有存储元的原始状态均处“,1”,状态，这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。编程操作的目的是为存储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成“,0”,状态。如果某存储元仍保持“,1”,状态，则控制栅就不加正电压。,如图,(a),表示编程操作时存储元写,0,、写,1,的情况。实际上编程时只写,0,，不写,1,，因为存储元擦除后原始状态全为,1,。要写,0,，就是要在控制栅,C,上加正电压。一旦存储元被编程，存储的数据可保持,100,年之久而无需外电源。,13,2、FLASH存储元的基本操作编程操作：实际上是写操作。所有,读取操作,：控制栅加上正电压。浮空栅上的负电荷量将决定是否可以开启,MOS,晶体管。如果存储元原存,1,，可认为浮空栅不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。如果存储元原存,0,，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压不足以克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。,当,MOS,晶体管开启导通时，电源,V,D,提供从漏极,D,到源极,S,的电流。读出电路检测到有电流，表示存储元中存,1,，若读出电路检测到无电流，表示存储元中存,0,，如图,(b),所示。,14,读取操作：控制栅加上正电压。浮空栅上的负电荷量将决定是否可以,擦除操作,：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。为此晶体管源极,S,加上正电压，这与编程操作正好相反，见图,(c),所示。源极,S,上的正电压吸收浮空栅中的电子，从而使全部存储元变成,1,状态。,15,擦除操作：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。为此,3,、,FLASH,存储器的阵列结构,（参见教材,P,85,下面；,P,86,上面表）,16,3、FLASH存储器的阵列结构（参见教材P85下面；P86上,FLASH,存储器的简化阵列结构如图所示。在某一时间只有一条行选择线被激活。读操作时，假定某个存储元原存,1,，那么晶体管导通，与它所在位线接通，有电流通过位线，所经过的负载上产生一个电压降。这个电压降送到比较器的一个输入端，与另一端输入的参照电压做比较，比较器输出一个标志为逻辑,1,的电平。如果某个存储元原先存,0,，那么晶体管不导通，位线上没有电流，比较器输出端则产生一个标志为逻辑,0,的电平。,17,FLASH存储器的简化阵列结构如图所示。在某一时间只有一条行,