半導(dǎo)體存儲器

1、第第7章章 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器7.1半導(dǎo)體存儲器的特點和分類半導(dǎo)體存儲器的特點和分類 。7.1.1 半導(dǎo)體存儲器的特點半導(dǎo)體存儲器的特點集成度高，體積小集成度高，體積小可靠性高，價格低可靠性高，價格低外圍電路簡單易于批量生產(chǎn)外圍電路簡單易于批量生產(chǎn)7.1.2 半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類按按存取功能存取功能，半導(dǎo)體存儲器可分為，半導(dǎo)體存儲器可分為 ：順序存取存儲器順序存取存儲器SAM(Sequential access memory) 按按器件類型器件類型 ，半導(dǎo)體存儲器可分為：半導(dǎo)體存儲器可分為： 雙極型存儲器和雙極型存儲器和MOS型存儲器型存儲器 只讀存儲器只讀存儲器ROM（

2、Read-only memory ）隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM（Random access memory）7.2 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（ RAM）(Random Access Memory)存儲單元存儲單元 存放一位二進制數(shù)的基本單元存放一位二進制數(shù)的基本單元( (即即位位) )。存儲容量存儲容量 存儲器含存儲單元的總個存儲器含存儲單元的總個( (位位) )數(shù)。數(shù)。存儲容量存儲容量 = 字數(shù)（字數(shù)（word） 位數(shù)（位數(shù)（bit） 地址地址 存儲器中每一個字的編號存儲器中每一個字的編號256 1，256 4 一共有一共有 256 個字，需要個字，需要 256 個地址個地址10

3、24 4，1024 8 一共有一共有 1024 個字，需要個字，需要 1024 個地址個地址地址譯碼地址譯碼 用譯碼器賦予每一個字一個地址用譯碼器賦予每一個字一個地址N 個地址輸入，能產(chǎn)生個地址輸入，能產(chǎn)生 2N 個地址個地址一元地址譯碼一元地址譯碼( (單向譯碼、基本譯碼、字譯碼單向譯碼、基本譯碼、字譯碼) )二元地址譯碼二元地址譯碼( (雙向譯碼、位譯碼雙向譯碼、位譯碼) ) 行譯碼、列譯碼行譯碼、列譯碼7.2.1 RAM 的結(jié)構(gòu)與工作原理的結(jié)構(gòu)與工作原理存儲矩陣存儲矩陣讀讀/寫寫控制器控制器地地址址譯譯碼碼器器地地址址碼碼輸輸入入片選片選讀讀/ /寫寫控制控制輸入輸入/ /輸出輸出CS

4、R / W I / O 例例 對對 256 4 存儲矩陣進行地址譯碼存儲矩陣進行地址譯碼一元地址譯碼一元地址譯碼D3D2D1D0W0W1W256譯譯碼碼器器0 0 1 11 0 1 00 1 1 1A0A1A710.0W11 0 1 0缺點缺點: n 位地址輸入的位地址輸入的譯碼器譯碼器,需要需要 2n 條條輸出線。輸出線。1 0 1 0二元地址譯碼二元地址譯碼Y0Y1 Y15A0A1A2A3X0X1X15行行譯譯碼碼器器A4 A5 A6 A7列譯碼器列譯碼器Dout 8 位地址輸入的位地址輸入的地址譯碼器地址譯碼器,只有只有 32條輸出線。條輸出線。25 (32) 根行選擇線根行選擇線10

5、根地址線根地址線 2n (1024)個地址個地址25 (32)根列選擇線根列選擇線1024 個字排列成個字排列成 32 32 矩陣矩陣當當 X0 = 1，Y0 = 1 時，時，對對 0-0 單元單元讀讀( (寫寫) )當當X31 = 1，Y31 = 1時，時，對對 31-31 單元單元讀讀( (寫寫) ) 例例 1024 1 存儲器矩陣存儲器矩陣7.2.2 RAM的存儲單元的存儲單元(一一) 靜態(tài)存儲單元靜態(tài)存儲單元基本工作原理：基本工作原理：DDSRQQ位位線線B位位線線B 門控管門控管控制觸發(fā)器與位線的連通控制觸發(fā)器與位線的連通截止截止截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止 01導(dǎo)通導(dǎo)

6、通導(dǎo)通導(dǎo)通讀操作時讀操作時:QD QD 寫操作時寫操作時:QD DQ 門控管門控管控制位線與數(shù)據(jù)線的連通控制位線與數(shù)據(jù)線的連通1MOS管為管為簡化畫法簡化畫法VDDVGGDD1. 六管六管 NMOS 存儲單元存儲單元VDDVGG1導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通特點：特點： 斷電后數(shù)據(jù)丟失斷電后數(shù)據(jù)丟失2. 六管六管 CMOS 存儲單元存儲單元VDDDDNP特點：特點： PMOS 作作 NMOS負載，功耗極小，可負載，功耗極小，可在交流電源斷電后在交流電源斷電后,靠靠電池保持存儲數(shù)據(jù)電池保持存儲數(shù)據(jù).(二二) 動態(tài)存儲單元動態(tài)存儲單元1. 四管動態(tài)存儲單元四管動態(tài)存儲單元 控制控制對位線

7、的預(yù)充電對位線的預(yù)充電VDD存儲單元存儲單元DDCBCB預(yù)充脈沖預(yù)充脈沖C1C2導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止 門控管門控管控制存儲單元控制存儲單元與位線的連通與位線的連通 門控管門控管控制位線與數(shù)控制位線與數(shù)據(jù)線的連通據(jù)線的連通1若無預(yù)充電，在若無預(yù)充電，在“讀讀”過程中過程中 C1 存儲的電荷有所損存儲的電荷有所損失，使數(shù)據(jù)失，使數(shù)據(jù) “1”被破壞，而預(yù)充電則起到給被破壞，而預(yù)充電則起到給 C1 補補充電荷的作用，即進行一次充電荷的作用，即進行一次刷新刷新。2. 三管動態(tài)存儲單元三管動態(tài)存儲單元CBVDDC先使讀位線預(yù)充電到高電平先使讀位線預(yù)充電到高電平當讀字線為高電平時當讀字線為高電平時 T3 導(dǎo)通導(dǎo)

8、通若若 C 上上存有電荷存有電荷 (1)使使 T2 導(dǎo)通導(dǎo)通, 則則 CB 放電放電, 使使讀位變?yōu)榈碗娖阶x位變?yōu)榈碗娖?(0)若若 C 上上沒有電荷沒有電荷 (0)使使 T2 截止截止, 則則 CB 不不放電放電, 使讀位線保持高電平使讀位線保持高電平 (1)當寫字線為高電平時當寫字線為高電平時 T1 導(dǎo)通導(dǎo)通將輸入信號送至寫位線，則將信息存儲于將輸入信號送至寫位線，則將信息存儲于 C 中中7.2.3 RAM 存儲容量的擴展存儲容量的擴展(一一) 位擴展位擴展地址線、讀地址線、讀/寫控制線、片選線寫控制線、片選線并聯(lián)并聯(lián)輸入輸入/ 輸出輸出線分開使用線分開使用如：用如：用 8 片片 1024

9、 1 位位 RAM 擴展為擴展為 1024 8 位位 RAMI / O(0)A0A1 A9R/WCSI / O(1)A0A1A9 R/WCSI / O(7)A0A1A9 R/WCSA0A1.A9CSR / WI0I1I7D0 D7O0O1O7D0 D7 (二二) 字擴展字擴展（三）（三）RAM 芯片舉例芯片舉例123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1 A0D0D1D2GNDVDDA8A9WEOEA10CS D7D6D5D4D3片片 選選輸出使能輸出使能寫入控制寫入控制輸入輸入工作方式工作方式I / OCS OE WE A0 A1

10、0D0 D71 0 0 1 穩(wěn)定穩(wěn)定0 0 穩(wěn)定穩(wěn)定低功耗維持低功耗維持讀讀寫寫高阻態(tài)高阻態(tài)輸出輸出輸入輸入 7.3 只讀存儲器只讀存儲器（ROM）7.3.1 ROM 的分類的分類分類分類掩模掩模 ROM可編程可編程 ROM（PROM Programmable ROM）可擦除可編程可擦除可編程 ROM（EPROM Erasable PROM）說明說明: :掩模掩模 ROMPROM生產(chǎn)過程中在掩模板控制下寫入，內(nèi)容固定，生產(chǎn)過程中在掩模板控制下寫入，內(nèi)容固定，不能更改不能更改內(nèi)容可由用戶編好后寫入，一經(jīng)寫入不能更改內(nèi)容可由用戶編好后寫入，一經(jīng)寫入不能更改紫外光擦除（約二十分鐘）紫外光擦除（約二十

11、分鐘）EPROM存儲數(shù)據(jù)可以更改，但改寫麻煩，工作時只讀存儲數(shù)據(jù)可以更改，但改寫麻煩，工作時只讀EEPROM 或或 E2PROM電擦除（幾十毫秒）電擦除（幾十毫秒）7.3.2 ROM 的邏輯結(jié)構(gòu)與工作原理的邏輯結(jié)構(gòu)與工作原理1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)一、一、ROM 的結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)示意圖地址輸入地址輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出01 AAn n 位地址位地址01 DDb b b 位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)A0A1An-1D0D1Db-1D0D1Db-1A0A1An-12nb ROM最最高高位位最最低低位位2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖存儲單元存儲單元數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出字字線線位線位線地址譯碼器地址譯碼器ROM 存儲容

12、量存儲容量 = 字線數(shù)字線數(shù) 位線數(shù)位線數(shù) = 2n b（位）（位）地地址址輸輸入入0單元單元1單元單元i 單元單元2n-1單元單元D0D1Db-1A0A1An-1W0W1WiW2n-13. 邏輯結(jié)構(gòu)示意圖邏輯結(jié)構(gòu)示意圖m0A0A1An-1m1mim2n-1譯譯碼碼器器Z0(D0) 或門或門Z1(D1) 或門或門Zb-1(Db-1) 或門或門2n個與門構(gòu)成個與門構(gòu)成 n 位位二進制譯碼器二進制譯碼器 , 輸輸出出2n 個最小項。個最小項。01210DmmmZni 1101DmmmZi .112101b-ib-DmmmmZn n個個輸輸入入變變量量b 個輸出函數(shù)個輸出函數(shù)或門陣列或門陣列與門陣列

13、與門陣列W0(m0)W2(m2)D 0=W0+ +W2=m0+ +m2二、二、ROM 的基本工作原理的基本工作原理1. 電路組成電路組成二極管或門二極管或門二極管與門二極管與門W0(m0)+VCC1A0A1A111A01VccEND3END2END1END0D3 D2 D1 D0 W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)與與門門陣陣列列( (譯碼器譯碼器) )或或門門陣陣列列( (編碼器編碼器) )位位線線字線字線輸出輸出緩沖緩沖EN2. 工作原理工作原理輸出信號的邏輯表達式輸出信號的邏輯表達式0100AAmW 0111AAmW 0122AAmW 0133AAmW 0010120200

14、 AAAAAmmWWD 013211 AAWWWD 103202AAWWWD 0313AWWD 1A111A01VccEND3END2END1END0D3 D2 D1 D0 W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)與與門門陣陣列列( (譯碼器譯碼器) )或或門門陣陣列列( (編碼器編碼器) )位位線線輸出輸出緩沖緩沖EN字線字線字線：字線：位線：位線：輸出信號的真值表輸出信號的真值表0 00 11 01 10 1 0 1A1 A0D3 D2 D1 D01 0 1 00 1 1 11 1 1 03. 功能說明功能說明(1) 存儲器存儲器(2) 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器地址地址存儲存儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

15、輸入變量輸入變量01 AA輸出函數(shù)輸出函數(shù)0123 DDDD(3) 譯碼編碼譯碼編碼字線字線編碼編碼0W0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0A1 A00 00 11 01 1輸入輸入變量變量輸出輸出函數(shù)函數(shù)1W2W3W 在繪制中、大規(guī)模集成電路的邏輯圖時在繪制中、大規(guī)模集成電路的邏輯圖時, ,為了方便為了方便起見常用如圖所示的簡化畫法起見常用如圖所示的簡化畫法, ,有有二極管的存儲單元二極管的存儲單元用一黑點表示用一黑點表示。 . 第六章第六章 小結(jié)小結(jié)1. 隨機存取存儲器隨機存取存儲器(RAM）組成組成 ：主要由地址譯碼器、讀主要由地址譯碼器、讀/寫控制電路和存儲矩寫控制電路和存儲矩 陣三部分組成。陣三部分組成。功能功能 ：可以隨時讀出數(shù)據(jù)或改寫存儲的數(shù)據(jù)，并且可以隨時讀出數(shù)據(jù)或改寫存儲的數(shù)據(jù)，并且 讀、寫數(shù)據(jù)的速度很快。讀、寫數(shù)據(jù)的速度很快。種類種類 ：分為靜態(tài)分為靜態(tài) RAM 和動態(tài)和動態(tài) RAM 。應(yīng)用應(yīng)用 ：多用于經(jīng)常更換數(shù)據(jù)的場合，最典型的應(yīng)用多用于經(jīng)常更換數(shù)據(jù)的場合，最典型的應(yīng)用 就是計算機中的內(nèi)存。就是計算機中的內(nèi)存。特點：特點：斷電后