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1、会计学1数字电路数字电路2013第一页，共34页。7.1 7.1 概概 述述 半导体存储器是能存储大量半导体存储器是能存储大量(dling)二值信息的半导体器件。二值信息的半导体器件。从存、从存、取功能取功能(gngnng)上上分为分为衡量存储器性能的重要衡量存储器性能的重要(zhngyo)指标：存储量和存取速度。指标：存储量和存取速度。只读存储器只读存储器（ROM）优点：电路结构简单，断电后数据不优点：电路结构简单，断电后数据不丢失丢失缺点：只适用于存储固定数据的场合缺点：只适用于存储固定数据的场合随机存储器随机存储器（RAM）从制造从制造工艺上工艺上分为分为双极型双极型MOS型型制作大容量
2、的存储器制作大容量的存储器在正常工作状态下只能从中读取数在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写据，不能快速地随时修改或重新写入数据入数据在正常工作状态下能随时向存储器在正常工作状态下能随时向存储器写入数据或读出数据写入数据或读出数据优点：优点：读、写方便，使用灵活。读、写方便，使用灵活。缺点：缺点：一旦停电，所存储的数据将一旦停电，所存储的数据将随之消失。随之消失。第2页/共34页第二页，共34页。7.2只读存储器（只读存储器（ROM）7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 掩模只读存储器掩模只读存储器掩模只读存储器掩模只读存储器(ROM)(ROM)(ROM)(R
3、OM)地地址址输输入入地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵输输出出缓缓冲冲器器数数据据输输出出三态三态控制控制由许多存储单元（二极管、双极由许多存储单元（二极管、双极型三极管或型三极管或MOS管）排列组成。管）排列组成。每个单元存放每个单元存放(cnfng)1位二值位二值代码（代码（0或或1）。每一组存储单）。每一组存储单元有一个对应的地址代码。元有一个对应的地址代码。将输入的地址代码译成相应的控制将输入的地址代码译成相应的控制信号信号(xnho)，利用控制信号，利用控制信号(xnho)从存储矩阵中选出指定的从存储矩阵中选出指定的单元，并把其中的数据送到输出缓单元，并把其中的数据送到输出缓冲器
4、冲器能提高存储器的带负载能力能提高存储器的带负载能力(nngl)，实现对输出状态的三态，实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接控制，以便与系统的总线联接第3页/共34页第三页，共34页。地 址数 据A1 A0D3 D2 D1 D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0字线与位线的每个交叉点都是字线与位线的每个交叉点都是一个存储单元。交点处接有二一个存储单元。交点处接有二极管相当于存极管相当于存1，没接二极管时，没接二极管时相当于存相当于存0。交点的数目交点的数目=存储单元数，存存储单元数，存储容量储容量(cn ch rn lin)=(字数字数)
5、*(位数位数)用二极管制作用二极管制作(zhzu)(zhzu)的的ROM ROM 地址地址线线位位线线字字线线第4页/共34页第四页，共34页。用用MOS 工艺制作的工艺制作的ROM 用用N沟道沟道(u do)增强型增强型MOS管代替二极管。管代替二极管。字线与位线的每字线与位线的每个交叉点处接有个交叉点处接有MOS 管相当于存管相当于存1，没接，没接MOS 管管时相当于存时相当于存0。注：接有注：接有MOS管的位线由于管的位线由于(yuy)MOS管管导通为低电平，导通为低电平，经反相缓冲器经反相缓冲器输出为高电平。输出为高电平。第5页/共34页第五页，共34页。7.2.2 7.2.2 7.2
6、.2 7.2.2 可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器(PROM)(PROM)(PROM)(PROM)熔丝型熔丝型PROM存储单元存储单元(cn ch dn yun)PN结击穿结击穿(j chun)法法PROM存储单元存储单元 PROM的总体结构的总体结构(jigu)与掩膜与掩膜ROM一样，只是在出厂时所有存一样，只是在出厂时所有存储单元都存入储单元都存入1或或0。存储存储1，熔断后，熔断后，存储存储0。存储存储0，击穿后，击穿后，存储存储1。第6页/共34页第六页，共34页。出厂时所有存储单出厂时所有存储单元元(cn ch dn yun)都存入都存入1。编程时先输
7、入地址代码编程时先输入地址代码(di m)，找出要写，找出要写入入0的单元地址。然后的单元地址。然后使使VCC和选中的字线提和选中的字线提高到编程所需要的高电高到编程所需要的高电平，同时在编程单元的平，同时在编程单元的位线上加入编程脉冲位线上加入编程脉冲(幅度约幅度约20V，持续时，持续时间约几微秒间约几微秒)，此时写，此时写入放大器入放大器AW的输出为的输出为低电平、低内阻状态，低电平、低内阻状态，有较大的脉冲电流流过有较大的脉冲电流流过熔丝，熔丝熔断。熔丝，熔丝熔断。PROM的内容的内容(nirng)一一经写入，就不经写入，就不能修改。能修改。PROM的结构原理图的结构原理图第7页/共34
8、页第七页，共34页。用紫外线照射用紫外线照射(zhosh)进行擦除的进行擦除的UVEPROM、用电信号、用电信号擦除的擦除的E2PROM和快闪存储器和快闪存储器(Flash Memory)。一、一、EPROM(UVEPROM)EPROM(UVEPROM)7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器(EPROM)EPROM与与PROM的总体结构形式没有多大区别的总体结构形式没有多大区别(qbi)，EPROM中采用叠栅注入中采用叠栅注入MOS管制作存储单元。管制作存储单元。图图7.2.6SIMOS管
9、的结构管的结构(jigu)和符号和符号第8页/共34页第八页，共34页。SIMOS控制控制(kngzh)栅栅GC用于控制用于控制(kngzh)读出和写入。读出和写入。浮置栅浮置栅Gf用于长期用于长期(chngq)保存注入保存注入电荷。电荷。1.浮置栅上未注入电荷浮置栅上未注入电荷(dinh)以前，在控制栅以前，在控制栅上加入正常高电平电压，上加入正常高电平电压，能够使漏能够使漏源之间产生导源之间产生导电沟道，电沟道，SIMOS导通。导通。2.浮置栅上浮置栅上注入负注入负电荷以电荷以后，必须在控制栅上加入后，必须在控制栅上加入更高电压才能抵消注入电更高电压才能抵消注入电荷的影响而形成导电沟道，荷
10、的影响而形成导电沟道，因此在栅极加上正常的高因此在栅极加上正常的高电平信号时电平信号时SIMOS不会导不会导通通。图图图图7.2.6 SIMOS7.2.6 SIMOS管的结构和符号管的结构和符号管的结构和符号管的结构和符号第9页/共34页第九页，共34页。浮栅上的电荷无放电浮栅上的电荷无放电(fng din)通路，没法泄漏。通路，没法泄漏。用用紫紫外外线线照照射射(zhosh)芯芯片片上上的的玻玻璃璃窗窗，则则形形成成光光电电电电流流，把把栅极电子带回到多晶硅衬底，栅极电子带回到多晶硅衬底，SIMOS管恢复到初始的导通状态。管恢复到初始的导通状态。第10页/共34页第十页，共34页。1.浮置栅
11、上未注入浮置栅上未注入(zh r)电荷在控制栅上加入电荷在控制栅上加入正常高电平电压，正常高电平电压，SIMOS导通，相当于写导通，相当于写入入0。2.浮置栅上注入负电荷以后，浮置栅上注入负电荷以后，在栅极加上正常在栅极加上正常(zhngchng)的高电平信号的高电平信号时时SIMOS不会导通，相当不会导通，相当于写入于写入1。第11页/共34页第十一页，共34页。二、二、E2PROM 前面研究的可擦写存储器的缺点是要擦除已存入的信息必须用紫外光照射一定的时间，因此不能用于快速改变(gibin)储存信息的场合，用隧道型储存单元制成的存储器克服了这一缺点，它称为电可改写只读存储器E2PROM，即
12、电擦除、电编程的只读存储器。它与叠栅型管的不同在于浮栅延长区与漏区它与叠栅型管的不同在于浮栅延长区与漏区N 之间的交叠之间的交叠(jio di)处有一个处有一个厚度约为厚度约为80埃的薄绝缘层埃的薄绝缘层图图图图7.2.8 Flotox7.2.8 Flotox管的结构管的结构管的结构管的结构(jigu)(jigu)和符号和符号和符号和符号图图7.2.9E2PROM的存储单元的存储单元第12页/共34页第十二页，共34页。三、闪速型存储器（三、闪速型存储器（Flash Memory）闪速存储单元去掉了隧道型存储单元的选择管，它不像闪速存储单元去掉了隧道型存储单元的选择管，它不像E2PROM那那样
13、一次只能擦除一个样一次只能擦除一个(y)字，而是可以用一个字，而是可以用一个(y)信号，在几毫秒内信号，在几毫秒内擦除一大区段。擦除一大区段。因此，闪速存储单元比隧道型存储单元的芯片结构更简因此，闪速存储单元比隧道型存储单元的芯片结构更简单、更有效单、更有效(yuxio)，使用闪速存储单元制成的，使用闪速存储单元制成的PLD器件密器件密度更高。度更高。第13页/共34页第十三页，共34页。闪速存储单元闪速存储单元(cn ch dn yun)又称为快擦快写存储单元又称为快擦快写存储单元(cn ch dn yun)。下图是闪速存储单元。下图是闪速存储单元(cn ch dn yun)剖面图。剖面图。
14、Flash工作工作(gngzu)原理类似于叠栅型存储单元，但有两点不同之处：原理类似于叠栅型存储单元，但有两点不同之处：1.闪速存储单元源极的区域闪速存储单元源极的区域Sn+大于漏极的区域大于漏极的区域Dn+，两区域不是对称的，使浮栅上的电子进行分级双扩散两区域不是对称的，使浮栅上的电子进行分级双扩散(kusn)，电子扩散，电子扩散(kusn)的速度远远大于叠栅型存储单的速度远远大于叠栅型存储单元；元；2.叠栅存储单元的浮栅到叠栅存储单元的浮栅到P型衬底间的氧化物层约型衬底间的氧化物层约200埃左右，而闪埃左右，而闪速存储单元的氧化物层更薄，约为速存储单元的氧化物层更薄，约为100埃。埃。第1
15、4页/共34页第十四页，共34页。7.3随机随机(suj)存储器（存储器（RAM）特点：工作时可以特点：工作时可以(ky)随时从任何一个指定地址随时从任何一个指定地址读出数据，也可以读出数据，也可以(ky)随时将数据写入任何一个随时将数据写入任何一个指定的存储单元中。指定的存储单元中。静态随机存储器静态随机存储器静态随机存储器静态随机存储器(SRAM)(SRAM)动态随机存储器动态随机存储器动态随机存储器动态随机存储器(DRAM)(DRAM)优点：优点：读、写方便，使用灵活。读、写方便，使用灵活。缺点：缺点：一旦停电，所存储的数据将随之消失。一旦停电，所存储的数据将随之消失。第15页/共34页
16、第十五页，共34页。由大量寄存器由大量寄存器构成构成(guchng)的矩阵的矩阵用以决定用以决定(judng)访问访问哪个字单元哪个字单元读出及写入读出及写入数据数据(shj)的通道的通道用以决定对用以决定对被选中的单元被选中的单元是读还是写是读还是写7.3.1静态随机存储器静态随机存储器(SRAM)一、一、SRAM的结构和工作原理的结构和工作原理第16页/共34页第十六页，共34页。地地址址(dzh)的的选选择择通通过过地地址址(dzh)译译码码器器来来实实现现。地地址址(dzh)译译码码器器由由行行译译码码器器和和列列译译码码器器组组成成。行行、列列译译码码器器的的输输出出即即为为行行、列
17、列选选择择线线，由由它它们们共共同同确确定定欲欲选选择择的的地地址址(dzh)单单元。元。2564 RAM存储存储(cn ch)矩阵中，矩阵中，256个字需要个字需要8位地址码位地址码A7A0。其。其中高中高3位位A7A5用于列译码输入，低用于列译码输入，低5位位A4A0用于行译码输入。用于行译码输入。A7A0=00100010时，时，Y1=1、X2=1，选中，选中X2和和Y1交叉的字单元。交叉的字单元。010001 0 0存储单元(cn ch dn yun)1024个存储单元排成32行32列的矩阵第17页/共34页第十七页，共34页。RAM是是由由许许许许多多多多的的基基本本寄寄存存器器组组
18、合合起起来来构构成成的的大大规规模模集集成成电电路路。RAM中中的的每每个个寄寄存存器器称称为为一一个个字字，寄寄存存器器中中的的每每一一位位称称为为一一个个存存储储单单元元。寄寄存存器器的的个个数数（字字数数）与与寄寄存存器器中中存存储储单单元元个个数数（位位数数）的的乘乘积积，叫叫做做(jiozu)RAM的的容容量量。按按照照RAM中中寄寄存存器器位位数数的的不不同同，RAM有有多多字字1位位和和多多字字多多位位两两种种结结构构形形式式。在在多多字字1位位结结构构中中，每每个个寄寄存存器器都都只只有有1位位，例例如如一一个个容容量量为为10241位位的的RAM，就就是是一一个个有有1024
19、个个1位位寄寄存存器器的的RAM。多多字字多多位位结结构构中中，每每个个寄寄存存器器都都有有多多位位，例例如如一一个个容容量量为为2564位位的的RAM，就就是是一一个个有有256个个4位位寄寄存存器器的的RAM。第18页/共34页第十八页，共34页。1024 1024 4 4位位位位RAMRAM（21142114）的结构）的结构）的结构）的结构(jigu)(jigu)框图框图框图框图第19页/共34页第十九页，共34页。二、二、SRAM的静态的静态(jngti)存储存储单元单元图图图图7.3.4 7.3.4 六管六管六管六管CMOSCMOS静态静态静态静态(jngti)(jngti)存储单元
20、存储单元存储单元存储单元图图7.3.5双极型双极型RAM的静态的静态(jngti)存储单元存储单元第20页/共34页第二十页，共34页。六管N沟道(u do)增强型MOS管第21页/共34页第二十一页，共34页。集成集成(j chn)2kB8位位RAM6116写入控制(kngzh)端片选端输出(shch)使能端第22页/共34页第二十二页，共34页。7.4RAM容量容量(rngling)的扩展的扩展位位扩扩展展(k(kuuzhzhnn)将地址线、读写线和片选线对应地并联(bnglin)在一起输入输出（I/O）分开使用作为字的各个位线第23页/共34页第二十三页，共34页。字字扩扩展展(k ku
21、 u z zh h n)n)输入(shr)输出（I/O）线并联要增加的地址线A10A12与译码器的输入相连，译码器的输出分别(fnbi)接至8片RAM的片选控制端第24页/共34页第二十四页，共34页。7.5用存储器实现组合用存储器实现组合(zh)逻逻辑函数辑函数A1 A0D0 D1 D2 D30 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 1 01 1 0 0若以地址为输入若以地址为输入(shr)变量，输出数据为输出变量，变量，输出数据为输出变量，则有：则有：由由ROMROM的数据表的数据表输出数据可以看成地址输出数据可以看成地址(dzh)变量的逻辑变量的逻辑函数函数第25页/共
22、34页第二十五页，共34页。例例1：用：用ROM设计一个设计一个(y)八段字符显示的译码器八段字符显示的译码器(真值表见真值表见P377)。由于由于(yuy)数据中数据中0的数的数目比目比1的数目的数目少得多，所少得多，所以以结点上以以结点上接入二极管接入二极管表示存入表示存入0，未接入二极未接入二极管表示存入管表示存入1，所以用接，所以用接入二极管表入二极管表示存入示存入0比用比用接入二极管接入二极管表示存入表示存入1要要节省器件节省器件第26页/共34页第二十六页，共34页。解解：将将上上式式化化为为最最小小项项和和的的形形式式(xngsh)(xngsh)得到得到或或例例2：用：用ROM产
23、生如下的一组多输出逻辑函数产生如下的一组多输出逻辑函数第27页/共34页第二十七页，共34页。函数函数最小项最小项Y1Y2Y3Y4m000000000w0m100000001w1m210010010w2m310000011w3m400100100w4m500000101w5m611000110w6m711000111w7m800001000w8m900001001w9m1001001010w10m1100001011w11m1200001100w12m1300001101w13m1401101110w14m1500011111w15D3D2D1D0地址地址数据数据以接入存储器以接入存储器件表示
24、件表示(biosh)存存1，以不接表示以不接表示(biosh)存存0第28页/共34页第二十八页，共34页。例例2 2的的的的ROMROM点阵图点阵图点阵图点阵图返返回回(fnhu)以接入存储器件表示以接入存储器件表示(biosh)存存1，以，以不接表示不接表示(biosh)存存0第29页/共34页第二十九页，共34页。如果把如果把ROMROM的地址代码视为一组输入逻辑变量的地址代码视为一组输入逻辑变量(binling)(binling)，并把输出数据视为一组多输出逻辑，并把输出数据视为一组多输出逻辑变量变量(binling)(binling)，则输出与输入之间就是一组多，则输出与输入之间就是
25、一组多输出的组合逻辑函数。即：地址译码器的输出包含输出的组合逻辑函数。即：地址译码器的输出包含了全部输入变量了全部输入变量(binling)(binling)的最小项，而每一条的最小项，而每一条位线的输出又都是以这些最小项之和的形式给出。位线的输出又都是以这些最小项之和的形式给出。因而任何形式的组合逻辑函数均能通过向因而任何形式的组合逻辑函数均能通过向ROMROM中写中写入相应的数据来实现。入相应的数据来实现。结论结论(jiln)：第30页/共34页第三十页，共34页。小结小结(xioji)：随随机机存存取取存存储储器器（RAMRAM）可可以以在在任任意意时时刻刻、对对任任意意选选中中的的存存
26、储储单单元元进进行行信信息息的的存存入入（写写入入）或或取取出出（读读出出）操操作作。与与只只读读存存储储器器ROMROM相相比比，RAMRAM最最大大的的优优点点是是存存取取方方便便，使使用用灵灵活活，既既能能不不破破坏坏地地读读出出所所存存信信息息，又又能能随随时时写写入入新新的的内内容容。其其缺缺点点是是一一旦旦停停电电，所所存内容便全部丢失。存内容便全部丢失。RAMRAM由由存存储储矩矩阵阵、地地址址译译码码器器、读读写写控控制制电电路路、输输入入输输出出电电路路和和片片选选控控制制电电路路等等组组成成。实实际际上上RAMRAM是是由由许许许许多多多多的的基基本本寄寄存存器器组组合合起
27、起来来构构成成的的大大规规模模集集成电路。成电路。当当单单片片RAMRAM不不能能满满足足存存储储容容量量的的要要求求(yoqi)(yoqi)时时，可可以以把把若若干干片片RAMRAM联联在在一一起起，以以扩扩展展存存储储容容量量，扩扩展展的的方方法法有有位位扩扩展展和和字字扩扩展展两两种种，在在实实际际应应用用中中，常常将将两种方法相互结合来达到预期要求两种方法相互结合来达到预期要求(yoqi)(yoqi)。第31页/共34页第三十一页，共34页。作业作业(zuy)7.2 7.5 7.6 7.8 7.11第32页/共34页第三十二页，共34页。真的要退出真的要退出(tuch)本章节吗？本章节吗？是是Y否否N第33页/共34页第三十三页，共34页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第34页/共34页第三十四页，共34页。