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1、F 只读存取存储器（只读存取存储器（ROM）F 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）F 概述概述7.1 概概 述述触发器存储1位二进制信息寄存器存储1组二进制信息存储器存储信息量比寄存器大的多 把成千上万个存储单元按一定规则组合起来，并辅以必要的控制电路，形成一个存储阵列，这就是半导体存储器。半导体存储器的特点：集成度高、体积小、可靠性高、价格低、外围电路简单且易于接口、便于批量生产等。7.1.2 半导体存储器的分类 按制造工艺分：双极型双极型和MOS型型。速度快、功耗大、价格高，主要用于对速度要求较高的场合（高速缓存用）集成度高、功耗低、价格低，大容量存储器都是用MOS工艺制作的（内存）
2、按存取功能分：顺序存取存储器顺序存取存储器、随机存取随机存取存储器存储器和只读存储器只读存储器三类。顺序存取存储器(SAM-Sequential Access Memory)：对信息的存入或取出是按顺序进行的，具有“先入先出”或“先入后出”的特点。随机存取存储器(RAM-Random Access Memory)：可在任何时刻随机地对任一个存储单元直接存取信息。只读存储器(ROM-Read Only Memory )：只读存储器所存储的信息是事先被固化在存储器中的，其信息可以长期保存，断电也不丢失 7.2 只读存储器（只读存储器（ROM）7.2.1 ROM的分类的分类只读存储器可分为以下四类：
3、固定ROM（或称掩膜ROM）可编程ROM（PROM）紫外线可擦除ROM（EPROM）电可擦除可编ROM（E2PROM）快闪存储器（Flash Memory）只读存储器ROM（Read Only Memory）在存入数据后一般不能用简单的方法将其更改，并且具有掉电后信息不丢失的特点。存储阵列是以存储阵列是以字字来组织来组织内部结构的内部结构的字：字：若干个二进制存储单元若干个二进制存储单元构成一个字。构成一个字。字长：字长：一个字中所含二进一个字中所含二进制数的位数称为字长制数的位数称为字长容量：容量：存储容量等于字数乘以字长。存储容量等于字数乘以字长。204820488 8表示这个表示这个RA
4、MRAM芯片有芯片有20482048个字个字每个字的字长是每个字的字长是8 8位位则它的容量为则它的容量为1638416384位存储单元位存储单元 存储器的字数常以存储器的字数常以10241024的倍数来表示，并把的倍数来表示，并把10241024称为称为1K1K2K2K8 82KB2KB1、固定只读存储器（、固定只读存储器（ROM）ROM的基本结构二极管ROM的结构图多少个字？多少个字？字长为多少？字长为多少？1、固定只读存储器（、固定只读存储器（ROM）二极管ROM的结构图 读出数据时，首先读出数据时，首先输入地址码，并使三态输入地址码，并使三态输出有效。输出有效。001000111001
5、 有二极管时，相当有二极管时，相当于在此存储单元中存于在此存储单元中存“1”，否则为，否则为“0”字线与位线的交叉字线与位线的交叉处相当于一个存储单元处相当于一个存储单元固定只读存储器（固定只读存储器（ROM）二极管ROM的结构图100010111110 有二极管时，相当有二极管时，相当于在此存储单元中存于在此存储单元中存“1”，否则为，否则为“0”1地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容000101110011110110110101图8-5 二极管ROM图8-6 字的读出方法 在对应的存储单元内存入的是1还是0，是由接入或不接入相应的二极管来决定的。固定固定ROMROM特点：特点：内
6、部信息在芯片制造时由厂家写入 用户对这类芯片无法进行任何修改。掩膜ROM可用二极管构成，也可用双极型管或MOS管构成。硬连接硬连接 编程连接编程连接 断开断开 PLD的三种连线形式的三种连线形式ABF=AB A B CFAC A B CFF=A+C C输入缓冲器AA A 点阵形式：A1 A1 A0 A0D3 D2 D1 D0W0W1W2W3与阵列或阵列为了便于表达和设计，通常用点阵形式为了便于表达和设计，通常用点阵形式 在编程前，存储矩阵中的全部存储单元的熔丝都是连通的，即每个单元存储的都是1。用户可根据需要，借助一定的编程工具，将某些存储单元上的熔丝用大电流烧断，该单元存储的内容就变为0，此
7、过程称为编程。熔丝烧断后不能再接上，故PROM只能进行一次编程。2 2可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROMPROM）PROM的可编程存储单元编程前的编程前的PROM存储存储矩阵矩阵字线字线位线位线（1）二极管）二极管PROM的结构示意图的结构示意图7.2 只读存储器（只读存储器（ROM）2.各类各类PROM的存储单元的存储单元00100011111111编程后的编程后的PROM地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容0001011110001101101101017.2 只读存储器（只读存储器（ROM）00100010011001O0O2I2M0M1M2M3M4M5M6M7I1I0
8、 O1 地址译码器地址译码器I2I1I0O2O0O1m0m1m2m3m4m5m6m7I0I1I2阵阵列列逻逻辑辑图图存储容量存储容量=233AABBF1CCF2F3F4W0W1W2W3W4W5W6W7例例1 已经编程的ROM如图所示：(1)该ROM的容量为多少？(2)地址001，010，101，111存储的数据是什么？存储容量存储容量=234F4F3F2F1=0100F4F3F2F1=1010F4F3F2F1=0001F4F3F2F1=10003、紫外线可擦除、紫外线可擦除ROM（EPROM）存储单元采用叠栅注入MOS管写写“0”写写“1”4、电可擦除、电可擦除ROM（E2PROM）存储单元采
9、用浮栅隧道氧化层MOS管它与叠栅MOS管的不同之处在于浮栅延长区与漏区N+之间的交叠处有一个厚度约为8nm的薄绝缘层，当漏极接地，控制栅格GC加上足够高的电压时，交叠区将产生一个很强的电场，在强电场作用下，电子通过绝缘层到达浮栅Gf，使浮栅带负电荷。这一现象称为“隧道效应”，因此，该MOS管也称为隧道MOS管。相反，当控制管接地，漏极加一正电压，则产生与上述相反的过程，即浮栅放电。5、快闪存储器（、快闪存储器（Flash Memory）快闪存储器中的叠栅MOS管1、快闪存储器存储单元MOS管的源极N+区大于 漏极N+区，而SIMOS管的源极N+区和漏极N+区是对称的；2、是浮栅到P型衬底间的氧
10、化绝缘层比SIMOS管的更薄。5、快闪存储器（、快闪存储器（Flash Memory）快闪存储器中的叠栅MOS管 写入采用雪崩注入方式使浮栅充电；擦除采用栅源接-12v电源产生隧道效应，电荷经隧道释放。图7.2.14 快闪存储器的存储单元返回返回7.2.3 ROM存储容量的扩展 当一片ROM不能满足存储容量需要时，就得将若干片ROM组合起来，扩展成满足存储容量要求的存储器。ROM的扩展分为字扩展和位扩展。用1K4 ROM扩展成1K8位存储器用1K4 ROM扩展成2K4位存储器用1K4 ROM扩展成2K8位存储器1.位扩展（字长扩展）若只需扩展位数不需扩展字数时注意事项:1)把若干片位数相同的R
11、AM芯片地址线共用2）线共用3）每个RAM片的I/O端并行输出五五.ROM容量的扩展容量的扩展（1）字长的扩展（位扩展）字长的扩展（位扩展）现有型号的现有型号的EPROM，输出多为输出多为8位。位。下图是将两片下图是将两片2764扩展成扩展成8k16位位EPROM的连线图。的连线图。用用8片片2764扩展成扩展成64k8位的位的EPROM：（2）字数扩展（地址码扩展）字数扩展（地址码扩展）.AAOO OCSOE00127OE0AA12DD70O.0.120A7OOEACSOO.0.120A7OOEACSO.AAYYGG00A12G17.Y127642764276474LS138U1U2U8+5
12、VAAA1314152A2B131313138888地址总线数据总线【解解】（1）写出各函数的标准与或表达式：）写出各函数的标准与或表达式：按按A、B、C、D顺序排列变量，将顺序排列变量，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。扩展成为四变量逻辑函数。2.实现任意组合逻辑函数实现任意组合逻辑函数【例例】试用试用ROM实现下列函数：实现下列函数：（2）选用）选用164位位ROM，画存储矩阵连线图：画存储矩阵连线图：7.3 RAMA0Ai行行地地址址译译码码器器.列列地址译码器地址译码器Ai+1An-1存储矩阵存储矩阵读读写写控控制制电电路路CSR/WI/O地址输入地址输入控制输入控制输入数据输
13、入数据输入/输出输出三组输入信号：地址输入、控制输入和数据输入三组输入信号：地址输入、控制输入和数据输入一组输出信号：数据输出一组输出信号：数据输出大容量大容量RAM数据输入输出合为双向端口数据输入输出合为双向端口7.3.1RAM的结构的结构图中的每个地址译码选通时有四个存储单元同时输入输出；图中的每个地址译码选通时有四个存储单元同时输入输出；存储器容量为存储器容量为256字字4位位1024bit1.存储器存储矩阵结构存储器存储矩阵结构3 RAM的存储单元的存储单元例：例：六管六管NMOS静态存储单元静态存储单元存储存储单元单元（1）写入过程：）写入过程：例如写入例如写入“1 1”（2）读出过
14、程：）读出过程：例如例如 读出读出“1 1”T1、T2为为NMOS非门，非门，T3、T4也为也为NMOS非门，非门，两个非门交叉连接组成两个非门交叉连接组成基本触发器存储数据。基本触发器存储数据。T5、T6为为门控管。门控管。T7、T8是每一列共用的门控管是每一列共用的门控管。1100010110动态存储单元动态存储单元利用触发器保存数据利用触发器保存数据写入时在写入时在D D和和/D/D上加上反相信号，引起触发器的翻转即可上加上反相信号，引起触发器的翻转即可数据读出非破坏性，一次写入，可以反复读出数据读出非破坏性，一次写入，可以反复读出存储单元占用管元多，每比特面积大、功耗高存储单元占用管元
15、多，每比特面积大、功耗高动态存储单元动态存储单元利用栅级电容上的存储电荷保存数据利用栅级电容上的存储电荷保存数据写入过程是给电容充电或放电的过程写入过程是给电容充电或放电的过程破坏性读出破坏性读出存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储需要刷新时序控制需要刷新时序控制存储单元特点比较：存储单元特点比较：静态存储单元静态存储单元7.1.1 RAM的结构的结构利用触发器保存数据利用触发器保存数据写入时在写入时在D D和和/D/D上加上反相信号，引起触发器的翻转即可上加上反相信号，引起触发器的翻转即可数据读出非破坏性，一次写入，可以反复读出数据读出非破
16、坏性，一次写入，可以反复读出存储单元占用管元多，每比特面积大、功耗高存储单元占用管元多，每比特面积大、功耗高动态存储单元动态存储单元利用栅级电容上的存储电荷保存数据利用栅级电容上的存储电荷保存数据写入过程是给电容充电或放电的过程写入过程是给电容充电或放电的过程破坏性读出破坏性读出存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储需要刷新时序控制需要刷新时序控制存储单元特点比较：存储单元特点比较：静态存储单元静态存储单元7.1.1 RAM的结构的结构片选及输入片选及输入/输出控制电路输出控制电路当当选选片片信信号号CS1时时，G5、G4输输出出为为0，三三态
17、态门门G1、G2、G3均均处处于于高高阻阻状状态，输入态，输入/输出（输出（I/O）端与存储器内部完全隔离，存储器不工作；端与存储器内部完全隔离，存储器不工作；10000110100256 1位位RAM结构示意图结构示意图1024 4位位RAM（2114）结构示意图结构示意图6.3.3 RAM存储容量的扩展 当一片RAM不能满足存储容量需要时，就得将若干片RAM组合起来，扩展成满足存储容量要求的存储器。RAM的扩展分为字扩展和位扩展。用1K4 RAM扩展成1K8位存储器用1K4 RAM扩展成2K4位存储器用1K4 RAM扩展成2K8位存储器用1K1RAM扩展成1K8位存储器1.位扩展（字长扩展
18、）若只需扩展位数不需扩展字数时注意事项:1)把若干片位数相同的RAM芯片地址线共用2）线共用3）每个RAM片的I/O端并行输出用用8片片1K1位位RAM构成的构成的1K8位位RAM系统。系统。10241RAMR/WCSA0R/WI/OI/O0I/O10241RAMA AAR/WCS019.I/O.710241RAMA AAR/WCS01.I/OI/O19.A AA019CSA9.1A如：如：N=1024 8/1024 4=2用1K4 RAM扩展成1K8位存储器2.字扩展(地址扩展)1)把原地址线共用,I/O端共用2）线共用3）根据需要再增加适当的地址线去控制例如:256 4 RAM扩展成1K 4N=1K 4256 4=4片A0A7I/O3I/O2I/O1I/O0R/WI/O3I/O2I/O1I/O0A7A0CSR/W2564（1）I/O3I/O2I/O1I/O0A7A0CSR/W2564(2)I/O3I/O2I/O1I/O0A7A0CSR/W2564（3）I/O3I/O2I/O1I/O0A7A0CSR/W2564（4）2-4线译码器A8A9Y0Y3字数的扩展3.RAM的字与位同时扩展 字与位同时扩展，一般最好先进行位扩展然后再进行字扩展。用642 RAM扩展成2564位存储器6426442564A0A5R/WI/O0I/O1I/O2I/O3返回返回