数字电子信号-第7章..ppt

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1、数字数字电子技子技术中北大学中北大学 Digital Electronics TechnologyNORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 一一 概述概述二二 只读存储器只读存储器(ROM)三三 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)四四 本章小结本章小结NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA主要要求：主要要求：了解存储器的了解存储器的发展发展7.17.1概概 述述第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 半导体存储器概述半导体

2、存储器概述了解半导体存储器的了解半导体存储器的类型与特点类型与特点NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA一、存储器的发展一、存储器的发展存储器存储器古代古代磁鼓磁鼓磁盘磁盘磁带磁带磁芯磁芯结绳记事结绳记事纸纸现代现代磁介质存储磁介质存储光介质存储光介质存储甲骨、丝、竹简甲骨、丝、竹简纳米介质存储纳米介质存储不可擦写，如：不可擦写，如：CD-ROM,DVD-ROM可擦写，如：可擦写，如：CD-RAM,DVD-RAM半导体存储器半导体存储器NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHIN

3、A二、半导体存储器概述二、半导体存储器概述 半导体存储器是一种能半导体存储器是一种能存储存储大量大量二值数字信息二值数字信息的大规的大规模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要组成模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要组成部分。部分。半导体存储器半导体存储器ROMROMEPROMEPROM快闪存储器快闪存储器PROMPROME E2 2PROMPROM固定固定ROMROM（又称掩膜（又称掩膜ROMROM）可编程可编程ROMROMRAMRAMSRAMSRAMDRAMDRAM按存取方式来分：按存取方式来分：第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 ROM在在工工作作时时只只能能读读

4、出出信信息息而而不不能能写写入入信信息息。它它用用于于存存放放固固定定不不变变的的信信息息，断断电电后后其其数数据据不不会会丢丢失失。常常用用于于存存放放程序、常数、表格等。程序、常数、表格等。RAM RAM 既能读出既能读出信息信息又能写入又能写入信息。信息。它用于存放需经常改变的信息，它用于存放需经常改变的信息，断电后其数据将丢失断电后其数据将丢失。常用于存。常用于存放临时性数据或中间结果。放临时性数据或中间结果。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA按制造工艺来分：按制造工艺来分：半导体存储器半导体存储器双极型双极型MOSMO

5、S型型对存储器的对存储器的操作操作通常分为两类：通常分为两类：写写即把信息存入存储器的过程。即把信息存入存储器的过程。读读即从存储器中取出信息的过程。即从存储器中取出信息的过程。两个重要技术指标：两个重要技术指标：存储容量存储容量存储器能存放二值信息的多少。单位是存储器能存放二值信息的多少。单位是位位或或比特比特（bitbit）。）。存储时间存储时间存储器读出（或写入）数据的时间。一般用存储器读出（或写入）数据的时间。一般用读（或写）周期来表示。读（或写）周期来表示。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CH

6、INACHINA主要要求：主要要求：ROM ROM 的类型的类型7.27.2只读存储器只读存储器理解存储器怎样存储二进制数据理解存储器怎样存储二进制数据第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 如何描述基本掩膜如何描述基本掩膜ROMROM的存储单元的存储单元字、位、存储容量等概念。字、位、存储容量等概念。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA一、一、ROM 的结构和工作原理的结构和工作原理 由存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器组成由存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器组成 ROM的电路结构框图的电路结构框图第第 7 7 章半导体存储器章

7、半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA存储矩阵：存储矩阵：由若干存储单元组成，通常排列成矩阵形式。由若干存储单元组成，通常排列成矩阵形式。储存单元：储存单元：可由二极管、双极性三极管或可由二极管、双极性三极管或MOSMOS管构成。管构成。地地址址译译码码器器：根根据据地地址址输输入入，在在存存储储矩矩阵阵中中选选出出指指定定的的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。输出缓冲器：输出缓冲器：提供三态控制，以便和系统的总线相连。提供三态控制，以便和系统的总线相连。第第 7 7 章半导体存储

8、器章半导体存储器 半导体存储器的相关概念：半导体存储器的相关概念：字：字：对存储矩阵中的存储单元进行编组，每次读或写一对存储矩阵中的存储单元进行编组，每次读或写一组数据，该组就为字。组数据，该组就为字。字长：字长：一个字中所含的位数即为字长。一个字中所含的位数即为字长。地址：地址：为了区别不同的字，给每个字赋予一个编号。为了区别不同的字，给每个字赋予一个编号。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA4 4存储矩阵结构示意图存储矩阵结构示意图 W3W2W1W0D3D2D1D0字字线线位线位线字线与位线的交叉点字线与位线的交叉点即为即为存

9、储单元存储单元。每个存储单元可以存每个存储单元可以存储储1位二进制数。位二进制数。交叉处的圆点交叉处的圆点“”表示存储表示存储“1”；交叉；交叉处无圆点表示存储处无圆点表示存储“0”。当某字线被选中时，当某字线被选中时，相应存储单元数据从位相应存储单元数据从位线线D3D0输出。输出。10111011从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长，即字长字中含有的存储单元数称为字长，即字长=位数。位数。W31.存储矩阵的结构与工作原理存储矩阵的结构与工作原理 (一一)存储矩阵存储矩阵 由存储单元按字由存储单元按字 (W Word)

10、ord)和位和位(Bit)(Bit)构成的矩阵构成的矩阵第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2.存储容量及其表示存储容量及其表示用用“M”表示表示“1024K”，即，即1M=1024K=210K=220。2.存储容量及其表示存储容量及其表示 指存储器中存储单元的数量指存储器中存储单元的数量例如，一个例如，一个32 8的的ROM，表示它有，表示它有32个字，个字，字长为字长为8位，存储容量是位，存储容量是32 8=256。对于大容量的对于大容量的ROM常用常用“K”表示表示“1024”，即

11、，即1K=1024=210；例如，一个例如，一个64K 8b的的ROM，表示它有，表示它有64K个字，个字，字长为字长为8位，存储容量是位，存储容量是64K 8=512Kb。一般用一般用“字数字数 字长字长(即位数即位数)”表示表示第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA1KB(Kilobyte千字节千字节)=1024B，1MB(Megabyte兆字节兆字节简称简称“兆兆”)=1024KB，1GB(Gigabyte吉字节吉字节又称又称“千兆千兆”)=1024MB，1TB(Terabyte太字

12、节太字节或百万兆字节或百万兆字节)=1024GB，其中其中1024=210(2的的10次方次方)。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 地址译码器输出信号为高电平有效。地址译码器输出信号为高电平有效。3.ROM结构示意图结构示意图NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 地址译码器真值表地址译码器真值表存储矩阵真值表存储矩阵真值表A1A0W3W2W1W0000001010010100100

13、111000W3W2W1W000010101001010100100010110001100NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA3.存储单元结构存储单元结构4.存储单元结构存储单元结构 (1)固定固定ROM的存储单元结构的存储单元结构 二极管二极管ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi DjWi DjVCC Wi Dj+VDD 1接半导体管后成为储接半导体管后成为储1单元；单元；若不接半导体管，则为储若不接半导体管，则为储0单元。单元。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NOR

14、TH UNIVERSITY OF CHINACHINA第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 (2)PROM的存储单元结构的存储单元结构 PROM PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为全全 1(1(或全或全 0)0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 0 (或或 1),1),这只要将需储这只要将需储 0(0(或或 1)1)单元的熔丝烧断即可。单元的熔丝烧断即可。熔丝烧断后不可恢复，因此熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM PROM 只能一次编程。只能一次编程。二极管二极管ROM TTL-ROM M

15、OS-ROM Wi DjWi DjVCC Wi Dj+VDD 1熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA(3)可擦除可擦除PROM的存储单元结构的存储单元结构 EPROM利利用用编编程程器器写写入入数数据据，用用紫紫外外线线擦擦除除数数据据。其其集集成成芯芯片片上上有有一一个个石石英英窗窗口口供供紫紫外外线线擦擦除除之之用用。芯芯片片写写入入数数据据后后，必必须须用用不不透透光光胶胶纸纸将将石石英英窗窗口口密密封封，以以免免破坏芯片内信息。破坏芯片内信息。E2PROM可可以以电电擦擦除除数数据据，并并且且能能擦

16、擦除除与与写写入入一一次次完成，性能更优越。完成，性能更优越。用一个特殊的浮栅用一个特殊的浮栅MOS管替代熔丝。管替代熔丝。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA也是电擦除，存储单元采用叠栅也是电擦除，存储单元采用叠栅MOS管。管。FLASHROM既吸收了既吸收了EPROM结构简单、编程可靠的特点，又保留了结构简单、编程可靠的特点，又保留了E2PROM用隧道效应擦除的快捷特性，而且集成度可以作得用隧道效应擦除的快捷特性，而且集成度可以作得很高。很高。EEPROM和和FLASHROM1)擦除

17、时间短擦除时间短(ms级级)2)不需要专门的工具写入和擦除不需要专门的工具写入和擦除EEPROM可以对单个存储单元擦除可以对单个存储单元擦除FLASHROM由于源极都并联，所以擦除时，由于源极都并联，所以擦除时，整片擦除，或分块擦除。整片擦除，或分块擦除。（4 4）快闪存储器（快闪存储器（FLASHROM）第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA按按数数据据写写入入方方式式不不同同分分掩模掩模ROM可编程可编程ROM(ProgrammableROM，简称，简称PROM)光可擦除光可擦除PRO

18、M(ErasablePROM，简称，简称EPROM)电可擦除电可擦除EPROM(ElectricallyEPROM，简称，简称E2PROM)写写入入的的数数据据可可电电擦擦除除，用用户户可可以以多次改写存储的数据。使用方便。多次改写存储的数据。使用方便。其其存存储储数数据据在在制制造造时时确确定定，用用户不能改变。用于批量大的产品。户不能改变。用于批量大的产品。其其存存储储数数据据由由用用户户写写入入。但但只能写一次。只能写一次。写写入入的的数数据据可可用用紫紫外外线线擦擦除除，用户可以多次改写存储的数据。用户可以多次改写存储的数据。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 5 5、ROM的

19、类型及其特点的类型及其特点NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA可可编编程程ROM的的发发展展已已经经改改变变了了ROM最最初初的的含含义义只只读读存存储储器器。PROM等等都都即即具具有有读读功功能能，又又有有写写功功能能。特特别别是是闪闪烁烁存存储储器器的的大大容容量量、可可读读写写、非非易易失失性性使使之之广广泛泛应应用用于于各各种数码产品中。种数码产品中。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 思考：思考：ROM的定义为只读存储器，那么的定义为只读存储器，那么PROM、EPROM、EEPROM、FLASHROM等是否已经

20、不再是等是否已经不再是ROM了呢了呢？NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA刚才介绍了刚才介绍了ROM中的存储距阵，中的存储距阵，下面将学习下面将学习ROM中的地址译码器。中的地址译码器。(二二)地址译码器地址译码器 (二二)地址译码器地址译码器从从ROM中中读读出出哪哪个个字字由由地地址址码码决决定定。地地址址译译码码器器的的作作用用是是：根根据据输输入入地地址址码码选选中中相相应应的的字字线，使该字内容通过位线输出。线，使该字内容通过位线输出。例如，某例如，某ROM有有4位地址码，则可选择位地址码，则可选择24=16个字。个字。

21、设输入地址码为设输入地址码为1010，则字线，则字线W10被选中，该被选中，该字内容通过位线输出。字内容通过位线输出。存储矩阵中存储矩阵中存储单元的存储单元的编址方式编址方式单译码编址方式单译码编址方式双译码编址方式双译码编址方式适用于小适用于小容量存储器。容量存储器。适用于大适用于大容量存储器。容量存储器。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA 又称单译码编址方式或单地址寻址方式又称单译码编址方式或单地址寻址方式D1D7地地址址译译码码器器0,01,031,031,10,11,1A0A1

22、A431,70,71,7W0W1W31D0单地址译码方式单地址译码方式32 8存储器的结构图存储器的结构图1.单地址译码方式单地址译码方式一个一个n位地址码的位地址码的ROM有有2n个字，对应个字，对应2n根字线，根字线，选中字线选中字线Wi就选中了该字的所有位。就选中了该字的所有位。32 8存储矩阵排成存储矩阵排成32行行8列，每一行对应一个字，每一列，每一行对应一个字，每一列对应列对应32个字的同一位。个字的同一位。32个字需要个字需要5根地址输入线。当根地址输入线。当A4A0给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。例如，当例如，

23、当A4A0=00000时，选中字线时，选中字线W0，可将，可将(0，0)(0，7)这这8个基本存储单元的内容同时读出。个基本存储单元的内容同时读出。基本单元为基本单元为存储单元存储单元第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAA5A7行行地地址址译译码码器器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4双地址译码方式双地址译码方式256字存储器的结构图字存储器的结构图A2列列地地址址译译码码器器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址寻址方式又称双译

24、码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组地址码分成行地址码和列地址码两组2.双地址译码方式双地址译码方式基本单元基本单元为字单元为字单元例如例如当当A7A0=00001111时，时，X15和和Y0地址线均地址线均为高电平，字为高电平，字W15被选中，其存储内容被读出。被选中，其存储内容被读出。若采用单地址译码方式，则需若采用单地址译码方式，则需256根内部地址线。根内部地址线。256 256 字存储器需要字存储器需要 8 8 根地址线，分为根地址线，分为 A A7 7 A A4 4 和和 A A3 3 A A0 0 两组。两组。A A3 3 A A0 0 送入行地址译码器，产

25、生送入行地址译码器，产生 16 16 根行地址线根行地址线 (X Xi i)；A A7 7 A A4 4 送入列地送入列地址译码器，产生址译码器，产生 16 16 根列地址线根列地址线 (Y Yi i)。存储矩阵中的某个字能否被选中，。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。由行、列地址线共同决定。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（三）集成（三）集成 ROM ROM 举例举例 AT27 C010为为美美国国Atmel公公司司生产的生产的OTPEPROM。第第 7 7 章

26、半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAA16A0为地址码输入端为地址码输入端。O7O0为数据线，工作时为数据输出端，为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。编程时为写入数据输入端。VCC和和GND：+5V工作电源和地。工作电源和地。VPP为为数据写入数据写入时时的的编编程程电压电压，编编程程时时加加+13V电压电压；在在读读工作方式下采用工作方式下采用+5V电电源，最短源，最短读读出出时间为时间为45ns。1 1、引脚图及其功能、引脚图及其功能 CE为为片片选选信号：信号：工作工作时为时为片

27、片选选使能端，使能端，低低电电平有效。平有效。CE=0时时，芯片被，芯片被选选中，中，处处于工作状于工作状态态。OE 为输出时能信号，低电平有效。为输出时能信号，低电平有效。OE=0时，允许读出数据；时，允许读出数据；OE=1时，不能读时，不能读出数据。出数据。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 PGM为编程选通信号。为编程选通信号。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2 2、工作模式、工作模式第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 工作模式工作模式读读00数据输出数据输出输出无效输出无效1高阻高阻等待等待1高阻高阻快

28、速编程快速编程010数据输入数据输入编程校验编程校验001数据输出数据输出NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA上节课内容回顾：上节课内容回顾：第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 1、存、存储储器的器的发发展展2、半、半导导体存体存储储器的分器的分类类3、固定、固定ROM的的电电路路结结构构4、存、存储储矩矩阵阵的存的存储单储单元元5、地址、地址译码译码器的器的译码译码方式方式NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAD D3 3D D2 2D D1 1D D0 04

29、4 44 二极管二极管 ROM ROM 结构图结构图 地地址址译译码码器器A A1 1A A0 0地地址址码码输输入入字字 线线 信信 号号位线输出信号位线输出信号D D3 3D D2 2D D1 1D D0 04 4二极管二极管ROM结构图结构图 地地址址译译码码器器A1A0地地址址码码输输入入字字 线线 信信 号号位线输出信号位线输出信号存储矩阵构成或门阵列存储矩阵构成或门阵列图中图中 D3=m3+m2+m0D2=m2+m1D1=m3+m0D0=m3+m2第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 （四）（四）用用 PROM 实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数1 1、PROM能否实现组合逻辑

30、函数？能否实现组合逻辑函数？地址译码器能译出地址译码器能译出地址码的全部最小项地址码的全部最小项NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA结论结论：PROM可以可以实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 由于由于PROM的地址译码器能译出地址码的全部最的地址译码器能译出地址码的全部最小项，小项，而而PROM的存储矩阵构成了可编程或门阵列，的存储矩阵构成了可编程或门阵列，因此，通过编程可从因此，通过编程可从PROM的位线输出端得到任意标的位线输出端得到任意标准与准与-或式。或式。而所有组合逻辑函数均可用

31、标准与而所有组合逻辑函数均可用标准与-或式表示，或式表示，故理故理论上可用论上可用PROM实现任意组合逻辑函数。实现任意组合逻辑函数。NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA2.PROM结构的习惯画法结构的习惯画法AB与与门门和和或或门门的的习习惯惯画画法法CY&ABCY1ABCY&ABCY11第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAA1A0地址译码器地址译码器(为与阵列为与阵列)D3D2D1D0W3W2W1W0&A1A0=m3A1

32、A0=m2A1A0=m1A1A0=m01存储矩阵存储矩阵(为或阵列为或阵列)1&A1地址译码器地址译码器(为与阵列为与阵列)W3W2W1W0D3=m3+m2+m0D2=m2+m1D1=m3+m0D0=m3+m2&1&1A0 m3 m2 m1 m011111111存储矩阵存储矩阵(为或阵列为或阵列)PROM结结构构的的习习惯惯画画法法第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA3.怎样用怎样用PROM实现组合逻辑函数？实现组合逻辑函数？例例 试用试用 PROM 实现下列逻辑函数实现下列逻辑函数解：

33、解：(1 1)将函数化为标准与将函数化为标准与 -或式或式(2 2)确定存储单元内容确定存储单元内容由函数由函数Y1、Y2的的标标准与准与-或式知：或式知：与与Y1相相应应的存的存储单储单元中，字元中，字线线W1、W4、W5、W6对应对应的存的存储单储单元元应为应为1；对应对应 m m1 1、m m4 4、m m5 5、m m6 6与与Y2相相应应的存的存储单储单元中，字元中，字线线W3、W5、W6、W7对应对应的存的存储单储单元元应为应为1。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA(3 3

34、)画出用画出用 PROM 实现的逻辑图实现的逻辑图A1 11B1 1C1 1&1m0m1m2m3m4m5m6m7地地址址译译码码器器Y1Y2第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA课后作业题：课后作业题：第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 1、什么是存储器的数据非易失性？什么是存储器的数据非易失性？2、在存储器结构中，什么是在存储器结构中，什么是“字字”？什么是？什么是“字长字长”？如何标注存？如何标注存储器的容量？储器的容量？3、一个存、一个存储储容量容量为为2568位的位的ROM

35、，其地址，其地址应为应为多少位？多少位？4、用、用ROM实现实现二二进进制制码码与格雷与格雷码码的相互的相互转换转换，该该ROM需要多少根需要多少根地址地址线线？多少根数据？多少根数据线线？其存？其存储储容量容量为为多少？多少？NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA主要要求：主要要求：了解了解 RAM RAM 的类型、结构和工作原理。的类型、结构和工作原理。7.37.3随机存取存储器随机存取存储器了解了解 RAM RAM 和和 ROM ROM 的异同的异同。了解了解 RAM RAM 的扩展方法。的扩展方法。第第 7 7 章半导体存储

36、器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA一、随机存取存储器一、随机存取存储器RAM地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵读读/写控制电路写控制电路2n mRAM的结构图的结构图 A0A0An-1I/O0I/O1I/Om-1R/WCS（一）（一）RAMRAM的结构、类型和工作原理的结构、类型和工作原理第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINARAM分类分类静态静态RAM(即即StaticRAM，简称，简称SRAM)动态动

37、态RAM(即即DynamicRAM，简称，简称DRAM)DRAM存存储储单单元元结结构构简简单单，集集成成度度高高，价价格格便便宜宜，广广泛泛地地用用于于计计算算机机中中，但但速速度度较较慢，且需要慢，且需要刷新刷新及读出放大器等外围电路。及读出放大器等外围电路。SRAM存储单元结构较复存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。杂，集成度较低，但速度快。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINARAM与与ROM的比较的比较 相相同同处处 都含有地址译码器和存储矩阵都含有地址译码器和存储矩阵 寻

38、址原理相同寻址原理相同 相相异异处处 ROM的存储矩阵是或阵列，的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路是组合逻辑电路。掉电后数据不会丢失掉电后数据不会丢失。RAM的存储矩阵由触发器或动态存储单元构的存储矩阵由触发器或动态存储单元构成，成，是时序逻辑电路是时序逻辑电路。RAM工作时工作时能读出，能读出，也能写入也能写入。读或写由读。读或写由读/写控制电路进行控制。写控制电路进行控制。RAM掉电后数据将丢失掉电后数据将丢失。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（二）片选及读写控制电路（二）片选及

39、读写控制电路第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 ：数据输入输出接口；：数据输入输出接口；:读写控制端；读写控制端；1为读操作，为读操作，0为写操作；为写操作；:片选端，低电平有效；片选端，低电平有效；NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（三）集成（三）集成 RAM RAM 举例举例 A0A9为地址码输入端。为地址码输入端。4个个I/O脚为双向数据线，用脚为双向数据线，用于读出或写入数据。于读出或写入数据。VDD接接+5V。VDDIntel2114A7A8A9I/OI/OI/OI/OR/WA6A5A4A3A0A1A2CSGN

40、D1234567891817161514131211101K 4位位SRAMIntel2114引脚图引脚图信号与信号与TTL电平兼容。电平兼容。CS CS 为片选控制端，低电平有为片选控制端，低电平有效。效。CSCS=1 =1 时，读时，读/写控制电路写控制电路处于禁止状态，不能对芯片进行处于禁止状态，不能对芯片进行读读/写操作。当写操作。当 CSCS=0 =0 时，允许时，允许芯片读芯片读/写操作。写操作。存储矩阵有存储矩阵有1K个字，每个字个字，每个字4位。位。1K=1024=210，故需，故需10根地址输入线。根地址输入线。R/W 为读为读/写控制端。当写控制端。当R/W=1时，从时，从

41、I/O线读出数据；当线读出数据；当R/W=0时，将从时，将从I/O线输入的数线输入的数据写入据写入RAM。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA二、存储器容量的扩展二、存储器容量的扩展 RAM的位扩展接法的位扩展接法（一）位扩展方式（一）位扩展方式 例例 用用1024*11024*1位的位的RAMRAM接成一个接成一个1024*81024*8位的位的RAMRAM。1.1.先确定所需要的片数先确定所需要的片数2.2.再连线再连线第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIV

42、ERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA（二）字扩展方式（二）字扩展方式 例例 256*8 256*8的的RAMRAM接成接成1024*81024*8的的RAMRAM。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 器件编号地址范围ROM（1）000111000000000000111111110255ROM（2）01101101000000000111111111256511ROM（3）10110110000000001011111111512767ROM（4）1111101100000000111111111176810231.1.先确定所需要的片数先确

43、定所需要的片数2.2.每一片分时工作每一片分时工作,因此需要译码因此需要译码3.3.再连线再连线NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINARAM的字扩展接法的字扩展接法256*8256*8的的RAMRAM接成接成1024*81024*8的的RAMRAM的连接方式的连接方式1.1.需要需要4 4片片2.2.通过通过2 2线四线译码器，低电平有效线四线译码器，低电平有效第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA半半导导体体存存储储器器是是一

44、一种种能能存存储储大大量量数数据据或或信信号号的的半半导导体体器器件件。由由于于要要求求存存储储的的数数据据量量往往往往很很大大，而而器器件件的的引引脚脚数数目目不不可可能能无无限限制制地地增增加加，因因而而不不可可能能将将每每个个存存储储单单元元电电路路的的输输入入和和输输出出端端都都固固定定地地各各接接到到一一个个引引脚脚上上，因因此此，存存储储器器的的电电路路形形式式和和第第四四章章、第第五五章章所讲的寄存器不同。所讲的寄存器不同。本章小结本章小结1 1、半导体存储器与寄存器的区别、半导体存储器与寄存器的区别第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY O

45、F NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA半半导导体体存存储储器器采采用用了了按按地地址址存存放放数数据据的的方方法法，只只有有那那些些被被输输入入地地址址代代码码指指定定的的存存储储单单元元才才能能与与输输入入 输输出出端端接接通通，可可以以对对该该指指定定的的单单元元进进行行读读 写写操操作作，输输入入与与输出端是公用的。输出端是公用的。因因此此，存存储储器器的的电电路路结结构构包包含含：地地址址译译码码器器、存存储储矩阵、和输出缓冲器（或读写控制电路）三部分。矩阵、和输出缓冲器（或读写控制电路）三部分。2 2、半导体存储器的结构组成、半导体存储器的结构组成第第 7

46、7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA按读、写功能分：只读存储器按读、写功能分：只读存储器ROM和随机存取存储器和随机存取存储器RAM3 3、半导体存储器的分类、半导体存储器的分类按存储单元电路结构和工作原理不同：按存储单元电路结构和工作原理不同：ROM又分为固定又分为固定ROM、PROM、EPROM、EEPROM、快快闪存储器闪存储器RAM又分为静态又分为静态RAM、动态、动态RAM第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY

47、 OF CHINACHINA当一片存储器芯片的存储量不够用时，可以将多片存储当一片存储器芯片的存储量不够用时，可以将多片存储器芯片组合起来，构成一个更大容量的存储器。器芯片组合起来，构成一个更大容量的存储器。4 4、半导体存储器的存储容量的扩展、半导体存储器的存储容量的扩展当字够用，而每个字的位数不够用时，应采用位扩展的当字够用，而每个字的位数不够用时，应采用位扩展的联接方式；当字不够用而每个字的位数够用时，应采用字扩联接方式；当字不够用而每个字的位数够用时，应采用字扩展的联接方式；当字、位都不够用时，需同时采用位扩展和展的联接方式；当字、位都不够用时，需同时采用位扩展和字扩展的联接方式。字扩

48、展的联接方式。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINA存储：存储：半导体存储器的应用领域极为广泛，凡是需要记半导体存储器的应用领域极为广泛，凡是需要记录数据或各种信号的场合都离不开存储器。录数据或各种信号的场合都离不开存储器。在电子计算机中，存储器是必不可少的重要组成部分。在电子计算机中，存储器是必不可少的重要组成部分。5 5、半导体存储器的应用、半导体存储器的应用设计组合逻辑电路：设计组合逻辑电路：存储器的地址译码器为与阵列，存存储器的地址译码器为与阵列，存储矩阵为或阵列。因此，只要将地址输入作为输入逻辑变量，储矩阵为或阵列。因此，只要将地址输入作为输入逻辑变量，将数据输出端作为函数输出端，并根据要产生的逻辑函数写将数据输出端作为函数输出端，并根据要产生的逻辑函数写入相应的数据，就能得到所需要的组合逻辑电路了。入相应的数据，就能得到所需要的组合逻辑电路了。第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器 NORTH UNIVERSITY OF NORTH UNIVERSITY OF CHINACHINAP258：自测题：自测题：7.1、7.2、7.3P259：习题：习题：7.2、7.3、7.4作业作业第第 7 7 章半导体存储器章半导体存储器