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1、第07章半导体存储器第1页，此课件共39页哦7.1 概述“半导体存储器”又称“半导体集成存储器”以半导体器件为基本存储单元优点体积小集成度高成本低可靠性高外围电路简单、与其他电路配合容易易于批量生产第2页，此课件共39页哦一、半导体存储器的分类按制造工艺分类双极型存储器双极型存储器以双极型触发器为存储单元速度块MOS型存储器型存储器以MOS电路为存储单元，可以是触发型也可是电荷存储型容量大按存储原理分类静态静态存储单元是触发器动态动态用电容存储信息都是MOS型第3页，此课件共39页哦二、半导体存储器的技术指标1.存储容量表示存储器存放二进制信息的多少，即存储单元的总数存储容量N字M位第4页，此
2、课件共39页哦2.存取周期从存储器读出信息或把信息写入存储器的速率 决定了 存储器的性能存储器的存取速度用存取周期或读写周期来表征存取周期连续两次读（写）操作间隔的最短时间第5页，此课件共39页哦7.2 只读存储器ROM（Read-Only Memory）只能读出，不能写入只读存储器ROM是 非易失性存储器，断电后信息不丢失；常用存放固定的资料及程序。第6页，此课件共39页哦ROM按存储内容的写入方式，分为固定只读存储器（固定只读存储器（ROM）制造时根据特定的要求做成固定的存储内容，出厂后无法更改可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROM）存储内容由使用者编程写入，但只能写入一次可擦可编程
3、只读存储器（可擦可编程只读存储器（EPROM）存储内容可改变。但工作时，只能读。第7页，此课件共39页哦一、固定ROM固定ROM是指所存储的信息是由生产厂在制造芯片时，采用掩模工艺固化在芯片中，使用者只能读取数据而不能改变芯片中数据内容。又称为掩模掩模ROM：双极型管（掩模）ROM二极管TTLMOS管ROM它们虽然工艺不同，但原理相似第8页，此课件共39页哦1.ROM的结构由三部分组成地址译码器存储矩阵输出及控制电路译码器输出线W0 W3称为字线字线存储矩阵的数据线D0 D3称为位线位线形成 字字位位 结构第9页，此课件共39页哦二极管掩模ROM（双极型）结构图存储矩阵存储矩阵输出和控制电路输
4、出和控制电路字字线线位线位线第10页，此课件共39页哦NMOS管ROM字字线线位线位线输出和输出和控制电控制电路路存储矩阵存储矩阵第11页，此课件共39页哦结构说明地址译码器是一个2/4线地址译码器，将两个输入地址码输入地址码A0、A1译成四个地址W0W3存储单元是由NMOS管（或二极管）组成的44存储矩阵有管的有管的D代表代表1：当译码器输出所对应的W(字线)为高时，在线上的NMOS管（或二极管）导通，将相应的D(位线)与W相连使D为1无管的无管的D代表代表0第12页，此课件共39页哦位线与字线之间的逻辑关系存储矩阵的输入输出是或关系地址译码器的输入输出是与关系所以ROM是与或逻辑阵列ROM
5、的点阵图第13页，此课件共39页哦二、可编程ROMPROM:Programmable Read Only MemoryPROM在写入程序前的状态：每一个存储单元有一个二极管(三极管)和熔丝，即每一个存储单元包含一个逻辑1。根据需要把某些存储单元的熔丝烧断，即可存储0只能改写一次第14页，此课件共39页哦编程前的二极管PROM4字4位第15页，此课件共39页哦编程后的二极管PROM第16页，此课件共39页哦多发射极三极管PROMD8条容量：1024字8位第17页，此课件共39页哦三、可擦可编程ROM可多次擦写分类光（紫外线）可擦除可编程存储器光（紫外线）可擦除可编程存储器UVEPROM电可擦除可
6、编程存储器电可擦除可编程存储器E2PROM快闪存储器快闪存储器Flash Memory第18页，此课件共39页哦1.光可擦除可编程存储器光可擦除可编程存储器UVEPROM采用浮栅技术存储单元多采用N沟道叠栅MOS管：SIMOS管源极s漏极d控制栅gc：控制读出和写入浮置栅gf：没有外引线，长期保存注入电荷第19页，此课件共39页哦SIMOS结构浮置栅上注入电荷的SIMOS管相当于写入1，可长期保存未注入电荷的相当于存入0当用紫外线或X射线照射时，浮置栅上的电子形成光电流而泄放，从而恢复到写入前状态gcgfsdD第20页，此课件共39页哦2.电可擦除可编程存储器电可擦除可编程存储器E2PROM采
7、用Flotox浮置栅隧道氧化层的MOS管，简称Flotox管Flotox管与SIMOS管的区别Flotox管的浮置栅与漏区之间有一个氧化管的浮置栅与漏区之间有一个氧化层极薄的隧道区层极薄的隧道区隧道效应隧道效应第21页，此课件共39页哦Flotox管管存储单元存储单元gcgfsdDFlotox管存储单元T1:Flotox管T2:选通管第22页，此课件共39页哦3.快闪存储器快闪存储器采用叠栅MOS管优点集成度高容量大成本低使用方便第23页，此课件共39页哦四、四、ROM的应用的应用例1：已知d0m（1，2，4，7）d1m（1，2，3，7）第24页，此课件共39页哦例2：ROM的扩展 用4片 1
8、K8 ROM 扩展为容量 2K16位 第25页，此课件共39页哦7.3 随机存取存储器随机存储器RAM(Random Access Memory)是易失性半导体存储器易失性半导体存储器：当电源断开后就丢失数据RAM又称为读/写存储器从RAM中调用数据时称为读取，而向RAM中存储数据称为写入。读取数据时不应破坏RAM中所存内容第26页，此课件共39页哦RAM的分类双极型：静态RAMMOS型静态RAM动态RAM第27页，此课件共39页哦一、静态RAM(SRAM)1.静态双极型RAM存储单元速度快但功耗大，集成度不高。第28页，此课件共39页哦2.静态MOS型RAM大容量的RAM一般都采用MOS型N
9、MOS静态存储单元第29页，此课件共39页哦其中MOS管为NMOS，V1、V2，V3、V4组成的两个反相器交叉耦合构成基本RS触发器作基本存储单元，V5、V6为门控管，由行译码器输出字线X控制其导通或截止；V7、V8为门控管，由列译码器输出Y控制其导通或截止，也是数据存入或读出的控制通路。读写操作时，X=1，Y=1；V5、V6、V7、V8均导通，触发器的状态与位线上的数据一致。当X=0时，V5、V6截止，触发器的输出端与位线断开，保持状态不变。当Y=0时，V7、V8截止，不进行读写操作。SRAM一般用于小于64KB数据存储器的小系统或作为大系统中高速缓冲存储器，有时还用于需要用电池作为后备电源
10、进行数据保护的系统中。第30页，此课件共39页哦二、动态RAM(DRAM)MOS电容CS用于存储二进制信息，数据1和0是以电容上有无电荷来区分的，NMOS管V是读写控制门，以控制信息的进出。字线控制该单元的读写；位线控制数据的输入或输出。读写操作时，字线X=1，使MOS电容CS与位线相连。写入时，数据从位线存入CS中；写1充电、写0放电。读出时，数据从CS中传至位线单管动态存储单元第31页，此课件共39页哦特点DRAM利用MOS存储单元分布电容上的电荷来存储一个数据位。由于电容电荷会泄漏，为了保持信息不丢失，DRAM需要不断周期性地进行刷新。DRAM存储单元所用MOS管少，因此DRAM集成度高
11、，功耗低。一般，DRAM常用于大于64KB的大系统。第32页，此课件共39页哦三、集成RAM集成静态存储器集成静态存储器21142114静态RAM是一个通用的MOS集成静态存储器，它有1024个字，每个字有4位，因此可存储4096位2114 RAM有10根地址线，可访问1024(210)个字。有常见的片选(CS)和读写允许（R/W）控制输入端RAM处于写模式时，CS为低电平、R/W为低电平，这时IO1，IO2，IO3和 IO4为输入数据信号RAM处于读模式时，CS为低电平、R/W为高电平，IO1，IO2，IO3和 IO4为输出数据信号2114 RAM电源电压为十5V。第33页，此课件共39页哦
12、集成静态存储器2114的结构第34页，此课件共39页哦四、RAM的扩展与应用的扩展与应用 1.位扩展：存储器并行数据位数的扩展位扩展：存储器并行数据位数的扩展 把多个相同地址端的RAM地址并联，所有片的位线加起来做为扩展后的位线第35页，此课件共39页哦例：用2片2114RAM（10244）采用位扩展得10248容量第36页，此课件共39页哦2.字扩展：存储深度的扩展 第37页，此课件共39页哦例：试将容量为2564位的SRAM(AM9122)，扩展成5128位的RAM组合 分析：分析：位扩展位扩展 4 8需两片需两片AM9122字扩展字扩展256 512 深度为原来的两倍深度为原来的两倍224共需共需4片容量为片容量为2564位的位的SRAM(AM9122)第38页，此课件共39页哦结构图第39页，此课件共39页哦