數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

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1、第第7章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器7-1 概述概述7-2 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM）7-3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）7-4 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展本章目標(biāo)要求本章目標(biāo)要求l掌握各種類型的只讀存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)掌握各種類型的只讀存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)l掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類和容量掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類和容量l掌握各種類型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)掌握各種類型的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)l掌握存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展方法掌握存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展方法半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量大量二值信息的半導(dǎo)體器件。二值信息的半導(dǎo)體器件。存儲(chǔ)器與寄存器的區(qū)別存儲(chǔ)器與寄存器的區(qū)別

2、寄存器內(nèi)部由觸發(fā)器構(gòu)成，存儲(chǔ)容量小。寄存器內(nèi)部由觸發(fā)器構(gòu)成，存儲(chǔ)容量小。例如例如1K需要需要1024個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大，例如目前動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的容量可達(dá)，例如目前動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的容量可達(dá)109位位/片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與寄存器完全不同。片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與寄存器完全不同。7-1 7-1 概述概述7.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分類按制造工藝的不同按制造工藝的不同TTL型型MOS型型按存儲(chǔ)原理的不同按存儲(chǔ)原理的不同靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器觸發(fā)器觸發(fā)器電容電容需要刷新需要刷新按存取方式的不同按存取方式的不同只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取

3、存儲(chǔ)器（RAM）7.1.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)1.存取容量存取容量用存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)表示存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，用存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)表示存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，即存儲(chǔ)容量表示存儲(chǔ)器存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)的多少。即存儲(chǔ)容量表示存儲(chǔ)器存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)的多少。l存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量=字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)位數(shù)位數(shù)/字字l字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)=2n(n：地址碼的位數(shù)地址碼的位數(shù))2.存取時(shí)間和存取周期存取時(shí)間和存取周期l存取時(shí)間（存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間）：?jiǎn)?dòng)一次存儲(chǔ)器操作存取時(shí)間（存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間）：?jiǎn)?dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所需的時(shí)間。到完成該操作所需的時(shí)間。l存取周期：連續(xù)兩次讀（寫(xiě)）操作間隔的最短時(shí)間。存取周期：連續(xù)兩次讀（

4、寫(xiě)）操作間隔的最短時(shí)間。7-2 7-2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM的分類的分類掩模只讀存儲(chǔ)器（掩模只讀存儲(chǔ)器（MROM）只讀存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的內(nèi)容一般是固定不變的，正常工作只讀存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的內(nèi)容一般是固定不變的，正常工作時(shí)只能讀出，不能寫(xiě)入，并且在斷電后不丟失其中存儲(chǔ)的內(nèi)時(shí)只能讀出，不能寫(xiě)入，并且在斷電后不丟失其中存儲(chǔ)的內(nèi)容，故稱為只讀存儲(chǔ)器。容，故稱為只讀存儲(chǔ)器?？删幊讨蛔x存儲(chǔ)器（可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）快閃存儲(chǔ)器（快閃存儲(chǔ)器（FLASH MEMORY）7.2.1

5、 掩模只讀存儲(chǔ)器掩模只讀存儲(chǔ)器1.ROM的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基本結(jié)構(gòu)和工作原理ROM主要由主要由存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器地址譯碼器輸出緩沖器輸出緩沖器組成組成地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣N M 輸出緩沖器輸出緩沖器A0A1An-1W0W1WN-1D0D1DM-1地地址址輸輸入入字線（選擇線）：字線（選擇線）：N條條位線（數(shù)據(jù)線）：位線（數(shù)據(jù)線）：M條條存儲(chǔ)器輸出存儲(chǔ)器輸出存儲(chǔ)矩陣：由存儲(chǔ)單元排列而成，每個(gè)存儲(chǔ)單元能存放一位二存儲(chǔ)矩陣：由存儲(chǔ)單元排列而成，每個(gè)存儲(chǔ)單元能存放一位二值代碼，每一組存儲(chǔ)單元有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址代碼。值代碼，每一組存儲(chǔ)單元有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址代碼。地地址址譯譯碼碼器

6、器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣N MA0A1An-1W0W1WN-1輸輸出出緩緩沖沖器器D0D1DM-1每字每字M位位容量：容量：N個(gè)個(gè)字（字（N=2n）共共N M位（位（bit）地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣N MA0A1An-1W0W1WN-1輸輸出出緩緩沖沖器器D0D1DM-1地址譯碼器地址譯碼器對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于N條字線，地址譯碼條字線，地址譯碼器必須有器必須有n條地址線輸入：且條地址線輸入：且N=2n一個(gè)地址碼對(duì)應(yīng)一條選擇線，當(dāng)某條選擇線被選中一個(gè)地址碼對(duì)應(yīng)一條選擇線，當(dāng)某條選擇線被選中時(shí)，與該選擇線聯(lián)系的一組存儲(chǔ)單元（字）就與數(shù)時(shí)，與該選擇線聯(lián)系的一組存儲(chǔ)單元（字）就與數(shù)據(jù)線相通，進(jìn)行讀、寫(xiě)操

7、作。據(jù)線相通，進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。ROM的工作原理的工作原理地址譯碼器根據(jù)地址碼選中一條字線地址譯碼器根據(jù)地址碼選中一條字線（只有一條?。ㄖ挥幸粭l?。┳志€所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的各位數(shù)碼經(jīng)位線輸出字線所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的各位數(shù)碼經(jīng)位線輸出 地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣N MA0A1An-1W0W1WN-1輸輸出出緩緩沖沖器器D0D1DM-1輸出緩沖器輸出緩沖器選中的字經(jīng)輸出緩沖器輸出：提高帶負(fù)載能力；選中的字經(jīng)輸出緩沖器輸出：提高帶負(fù)載能力；由三態(tài)控制信號(hào)決定數(shù)據(jù)輸出的時(shí)刻。由三態(tài)控制信號(hào)決定數(shù)據(jù)輸出的時(shí)刻?？梢钥闯觯涸趯?duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)存入的是可以看出：在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)存入的是1還是還是0，是

8、由接入或不接入相應(yīng)的二極管來(lái)決定的。是由接入或不接入相應(yīng)的二極管來(lái)決定的。例：例：44二極管掩膜二極管掩膜ROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表W0W1W2W3D3 D2 D1 D0工作原理（以地址工作原理（以地址00為例，其它同理）為例，其它同理）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表001000W0W1W2W3D3 D2 D1 D0l 字線字線W0和位線交叉處上的二極管導(dǎo)通，使和位線交叉處上的二極管導(dǎo)通，使D3D0=11，l 其它字線上的二極管截止，其它字線上的二極管截止，D2D1=00。1 0 0 1D0=W0+W1+W3D1=W1+W2D2=W1+W2+W3D3=W0+W2位線、字線和地址線的關(guān)系位線、字線和地址線

9、的關(guān)系=A1A0+A1A0+A1A0=A1A0+A1A0=A1A0+A1A0=A1A0+A1A0+A1A0有有“碼點(diǎn)碼點(diǎn)”的存儲(chǔ)單元表示存的存儲(chǔ)單元表示存1無(wú)無(wú)“碼點(diǎn)碼點(diǎn)”的存儲(chǔ)單元表示存的存儲(chǔ)單元表示存07.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器在編程前，存儲(chǔ)矩陣中的全部在編程前，存儲(chǔ)矩陣中的全部存儲(chǔ)單元的熔絲都是連通的，即每存儲(chǔ)單元的熔絲都是連通的，即每個(gè)單元存儲(chǔ)的都是個(gè)單元存儲(chǔ)的都是1。用戶可根據(jù)需要，借助一定的用戶可根據(jù)需要，借助一定的編程工具，將某些存儲(chǔ)單元上的熔編程工具，將某些存儲(chǔ)單元上的熔絲用大電流燒斷，該單元存儲(chǔ)的內(nèi)絲用大電流燒斷，該單元存儲(chǔ)的內(nèi)容就變?yōu)槿菥妥優(yōu)?，此過(guò)程稱為

10、編程。，此過(guò)程稱為編程。熔絲燒斷后不能再接上，故熔絲燒斷后不能再接上，故PROM只能進(jìn)行一次編程。只能進(jìn)行一次編程。在出廠時(shí)存儲(chǔ)全部為在出廠時(shí)存儲(chǔ)全部為“1”或或“0”，用戶可根據(jù)，用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫(xiě)為需要將某些單元改寫(xiě)為“0”或或“1”，然而只能，然而只能改寫(xiě)一次，稱其為改寫(xiě)一次，稱其為 PROM。字線WiUCC熔絲位線Di(a)字線熔絲(b)位線7.2.3 可擦可編程只讀存儲(chǔ)器可擦可編程只讀存儲(chǔ)器1.EPROM最早出現(xiàn)的是用紫外線照射擦除的最早出現(xiàn)的是用紫外線照射擦除的EPROM（又稱（又稱UVEPROM）GfGcSDSiO2NNPGcDSGf總體結(jié)構(gòu)與總體結(jié)構(gòu)與PROM一樣，不

11、同之處在于一樣，不同之處在于存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元，即字線與位線上接的器件是疊柵即字線與位線上接的器件是疊柵MOS管管(SIMOS)PDSNNGfGC控制柵控制柵信息存儲(chǔ)原理信息存儲(chǔ)原理v若若浮柵上浮柵上無(wú)電子無(wú)電子，則在，則在GC上加正電壓，上加正電壓，襯底表面將感應(yīng)出大量電子，形成導(dǎo)電襯底表面將感應(yīng)出大量電子，形成導(dǎo)電溝道，可導(dǎo)通，溝道，可導(dǎo)通，狀態(tài)狀態(tài)0v若若浮柵上浮柵上有電子有電子，則在，則在GC上加正電壓，上加正電壓，由于該電壓與浮柵上的電子有抵消作用，由于該電壓與浮柵上的電子有抵消作用，故襯底表面將感應(yīng)出少量電子，不能形故襯底表面將感應(yīng)出少量電子，不能形成導(dǎo)電溝道，不可導(dǎo)通，成導(dǎo)電溝道，

12、不可導(dǎo)通，狀態(tài)狀態(tài)1PDSNNGfGC控制柵控制柵+怎樣在浮柵上注入電子怎樣在浮柵上注入電子(寫(xiě)入信息寫(xiě)入信息)l在在DS間加高電壓（如間加高電壓（如25V），使漏極與），使漏極與襯底之間的襯底之間的PN結(jié)產(chǎn)生雪崩擊穿，產(chǎn)生大結(jié)產(chǎn)生雪崩擊穿，產(chǎn)生大量的高能自由電子。量的高能自由電子。l同時(shí)在控制柵上加正高壓，在此強(qiáng)電場(chǎng)同時(shí)在控制柵上加正高壓，在此強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電子穿過(guò)很薄的的作用下，電子穿過(guò)很薄的SiO2，堆積，堆積到浮柵上。到浮柵上。怎樣去掉浮柵上的電子怎樣去掉浮柵上的電子(擦除信息擦除信息)紫外線照射紫外線照射1030分鐘，浮柵上的電子獲得能量，返回分鐘，浮柵上的電子獲得能量，返回PN結(jié)

13、。結(jié)。EPROM的擦除為一次全部擦除，其數(shù)據(jù)寫(xiě)入需專用的編程器。的擦除為一次全部擦除，其數(shù)據(jù)寫(xiě)入需專用的編程器。PDSNGC+-+VGG Nl將高電壓撤掉后，電子沒(méi)有放電通道，只能待在浮柵上，將高電壓撤掉后，電子沒(méi)有放電通道，只能待在浮柵上，70以上的電荷能保存以上的電荷能保存10年以上。年以上。為為方便照射，芯片的封裝外殼裝有透明的石英蓋板，平時(shí)應(yīng)封上方便照射，芯片的封裝外殼裝有透明的石英蓋板，平時(shí)應(yīng)封上以免日光照射使信息丟失。以免日光照射使信息丟失。Intel公司的公司的27芯片（芯片（2K8位）位）VPPVCC功能表功能表VPP編程電源端編程電源端PD/PGM 低功耗編程控制端低功耗編程

14、控制端VIH2.EEPROMl用電氣方法在線擦除和編程的只讀存儲(chǔ)器。用電氣方法在線擦除和編程的只讀存儲(chǔ)器。l存儲(chǔ)單元采用浮柵隧道氧化層存儲(chǔ)單元采用浮柵隧道氧化層MOS管。管。l寫(xiě)入的數(shù)據(jù)在常溫下至少可以保存十年，擦除寫(xiě)入的數(shù)據(jù)在常溫下至少可以保存十年，擦除/寫(xiě)寫(xiě)入次數(shù)為入次數(shù)為 1萬(wàn)次萬(wàn)次 10萬(wàn)次。萬(wàn)次。因擦除改寫(xiě)時(shí)間較長(zhǎng)，一般作為只讀存儲(chǔ)器用。因擦除改寫(xiě)時(shí)間較長(zhǎng)，一般作為只讀存儲(chǔ)器用。GfGcSDSiO2NNPGcDSGf隧道區(qū)Flotox管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) GCPDSNN浮柵和漏區(qū)之間的氧化層非常薄，稱為隧道區(qū)。浮柵和漏區(qū)之間的氧化層非常薄，稱為隧道區(qū)。當(dāng)當(dāng)GC與與D之間加高壓

15、時(shí)之間加高壓時(shí)(可正可負(fù)可正可負(fù))，薄氧化層薄氧化層被擊穿，形成導(dǎo)被擊穿，形成導(dǎo)電隧道，漏區(qū)電子可以到達(dá)浮柵電隧道，漏區(qū)電子可以到達(dá)浮柵(GCD間加正電壓間加正電壓)，浮柵電子，浮柵電子也可以到達(dá)漏區(qū)也可以到達(dá)漏區(qū)(GCD間負(fù)電壓間負(fù)電壓)，因此寫(xiě)入和擦除都可以通過(guò)，因此寫(xiě)入和擦除都可以通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。-+-工作原理：工作原理：V2V1S1Gc字線 Wi位線DiD1Flotox管作存儲(chǔ)單元時(shí)，需附加一普通管作存儲(chǔ)單元時(shí)，需附加一普通MOS管。管。圖圖7.2.12Gf3V5Va.讀出狀態(tài)讀出狀態(tài)b.擦除（寫(xiě)擦除（寫(xiě)1）狀態(tài)）狀態(tài)c.寫(xiě)入（寫(xiě)寫(xiě)入（寫(xiě)0)狀態(tài)狀態(tài)7.2.4 快閃存儲(chǔ)

16、器快閃存儲(chǔ)器 采用與采用與EPROM中的疊柵中的疊柵MOS管相似的結(jié)構(gòu)，同時(shí)保留管相似的結(jié)構(gòu)，同時(shí)保留了了EEPROM用隧道效應(yīng)擦除的快捷特性。理論上屬于用隧道效應(yīng)擦除的快捷特性。理論上屬于ROM型存儲(chǔ)器；功能上相當(dāng)于型存儲(chǔ)器；功能上相當(dāng)于RAM。擦除和改寫(xiě)電壓較擦除和改寫(xiě)電壓較EEPROM小，且擦除時(shí)間短。集成度小，且擦除時(shí)間短。集成度高、容量大、成本高、使用方便，應(yīng)用廣泛。高、容量大、成本高、使用方便，應(yīng)用廣泛。SGcDGcSD字 線位 線DiWiUSS(b)GfGcSDNNP(a)隧 道 區(qū)ROM的應(yīng)用的應(yīng)用1）用于存儲(chǔ)固定的專用程序）用于存儲(chǔ)固定的專用程序2）利用）利用ROM可實(shí)現(xiàn)查表

17、等功能可實(shí)現(xiàn)查表等功能 查表查表功能功能 如查某個(gè)角度的三角函數(shù)如查某個(gè)角度的三角函數(shù) 先把變量值作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)先把變量值作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 ROM 內(nèi)，這稱為內(nèi)，這稱為“造表造表”。使用時(shí)，根。使用時(shí)，根據(jù)輸入的地址據(jù)輸入的地址(角度角度)，就可在輸出端得到，就可在輸出端得到所需的函數(shù)值，這就稱為所需的函數(shù)值，這就稱為“查表查表”。3)用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯原理原理：觀察數(shù)據(jù)表，可發(fā)現(xiàn)此表與真值表相似。觀察數(shù)據(jù)表，可發(fā)現(xiàn)此表與真值表相似。地址相當(dāng)于輸?shù)刂废喈?dāng)于輸 入，數(shù)據(jù)相當(dāng)于輸出；入，數(shù)據(jù)相當(dāng)

18、于輸出；且表中列出了輸入變量的所有組合方式。且表中列出了輸入變量的所有組合方式。0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 01AA0123DDDD因此，將組合電路的輸入接存儲(chǔ)器的地址端，輸出接因此，將組合電路的輸入接存儲(chǔ)器的地址端，輸出接數(shù)據(jù)端，并將真值表作數(shù)據(jù)表寫(xiě)入存儲(chǔ)器中即可。數(shù)據(jù)端，并將真值表作數(shù)據(jù)表寫(xiě)入存儲(chǔ)器中即可。01013AAAAD 0101012AAAAAAD 01011AAAAD 01010AAAAD A1A0D3D2D1D0輸入輸入輸出輸出例例1：試用：試用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示譯碼器（帶小數(shù)點(diǎn)），設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示

19、譯碼器（帶小數(shù)點(diǎn)），其真值表如下。其真值表如下。輸入輸入輸出輸出字字形形DCBA abcdefgh0000111111010 00001011000011 10010110110112 20011111100113 30100011001114 4110000011010c c110101111010d d111011011110e e111110001110f f解：電路要求解：電路要求4位輸入，位輸入，8位輸出，故選用位輸出，故選用4位位地址線，地址線，8位位(或或8位以上位以上)數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線的ROM。用掩模用掩模ROM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)畫(huà)出存儲(chǔ)矩陣的連接圖畫(huà)出存儲(chǔ)矩陣的連接圖（有二極管表示（有二

20、極管表示0）A3A2A1A0W0W1 W154-16線譯碼器線譯碼器1EN1ENEND0(a)D7(h)DCBA例例2：試用：試用ROM產(chǎn)生如下的一組多輸出邏輯函數(shù)。產(chǎn)生如下的一組多輸出邏輯函數(shù)。CBABCAY 1BCDADBCDCBAY 2DCBADABCY 3ABCDDCBAY 4解：解：電路要求電路要求4位輸入，位輸入，4位輸出，故選用位輸出，故選用4位位地址線，地址線，4位位(或或4位以上位以上)數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線的ROM。為得真值表，先將邏輯式化為最小項(xiàng)之和的形式為得真值表，先將邏輯式化為最小項(xiàng)之和的形式用用EPROM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)輸入地址碼，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸入地址碼，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入BCDADBCAD

21、ABCDCBAY 2DCBADABCY 3ABCDDCBAY 4DCBACDBADBCABCDAY 1真值表真值表ABCDY1Y2Y3Y400000000000100000010100100111000010000100101000001101100011111001000000010010000101001001011000011000000110100001110011011110001ABCDD3(Y4)D0(Y1)用掩模用掩模ROM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)畫(huà)出存儲(chǔ)矩陣的連接圖畫(huà)出存儲(chǔ)矩陣的連接圖（有二極管表示（有二極管表示1）A3A2A1A0W0W1 W154-16線譯碼器線譯碼器1EN1ENEN用用

22、EPROM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)7-37-3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM的分類的分類SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器又叫隨機(jī)讀隨機(jī)存取存儲(chǔ)器又叫隨機(jī)讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱寫(xiě)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱RAM，指的是可以從任意選定的單元讀出數(shù)據(jù)，或指的是可以從任意選定的單元讀出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě)入任意選定的存儲(chǔ)單元。將數(shù)據(jù)寫(xiě)入任意選定的存儲(chǔ)單元。優(yōu)點(diǎn)：快速讀寫(xiě)，使用靈活。優(yōu)點(diǎn)：快速讀寫(xiě)，使用靈活。缺點(diǎn)：掉電丟失信息。缺點(diǎn)：掉電丟失信息。利用基本利用基本RS觸發(fā)器存儲(chǔ)信息觸發(fā)器存儲(chǔ)信息利用利用MOS的柵極電容來(lái)存儲(chǔ)信息。由于電容的柵極電容來(lái)存儲(chǔ)

23、信息。由于電容的容量很小，以及漏電流的存在，為了保持信的容量很小，以及漏電流的存在，為了保持信息，必須定時(shí)給電容充電，通常稱為刷新。息，必須定時(shí)給電容充電，通常稱為刷新。7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）1.RAM的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理RAM主要由主要由存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器地址譯碼器讀讀/寫(xiě)寫(xiě)控制器控制器組成組成I/O端畫(huà)端畫(huà)雙箭頭雙箭頭是因?yàn)閿?shù)據(jù)既可由此端口讀出，也可寫(xiě)入是因?yàn)閿?shù)據(jù)既可由此端口讀出，也可寫(xiě)入地址譯碼器分成地址譯碼器分成行地址譯碼器行地址譯碼器和和列地址譯碼器列地址譯碼器例：一個(gè)例：一個(gè)4K字的字的RAM 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 l共有共有28行行

24、24列共列共212（4096）個(gè)信息單元（即字）個(gè)信息單元（即字）l每個(gè)信息單元有每個(gè)信息單元有k位二進(jìn)制數(shù)（位二進(jìn)制數(shù)（1或或0）X0X255Y0Y15A0A7A8A11l 舉例：舉例：32行行8列列4位位/字字RAM存儲(chǔ)矩陣的示意圖存儲(chǔ)矩陣的示意圖l 如果如果X0Y01，則選中第一個(gè)信息單元的則選中第一個(gè)信息單元的4個(gè)存儲(chǔ)單元，個(gè)存儲(chǔ)單元，可以對(duì)這可以對(duì)這4個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭雮€(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭?讀寫(xiě)控制電路讀寫(xiě)控制電路當(dāng)當(dāng)R/W=0時(shí)，進(jìn)行時(shí)，進(jìn)行寫(xiě)入寫(xiě)入(Write)數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)操作。當(dāng)當(dāng)R/W=1時(shí)，進(jìn)行時(shí)，進(jìn)行讀出讀出(Read)數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)操作。地址譯碼器地址譯碼器

25、l行地址譯碼器：輸入行地址譯碼器：輸入8位行地址碼，輸出位行地址碼，輸出256條行選擇線條行選擇線l列地址譯碼器：輸入列地址譯碼器：輸入4位列地址碼，輸出位列地址碼，輸出16條列選擇線條列選擇線X0X255Y0Y15A0A7A8A11I/OCSR/W工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)CS=時(shí)，時(shí)，RAM被選中工作被選中工作l若若A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000 表示選中列地址為表示選中列地址為A11A10A9A8=0000、行地址為行地址為 A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的信息單元。的信息單元。l此時(shí)只有此時(shí)只有X0和和Y0為有效，則選中第

26、一個(gè)信息單元的為有效，則選中第一個(gè)信息單元的k個(gè)存?zhèn)€存儲(chǔ)單元，可以對(duì)這儲(chǔ)單元，可以對(duì)這k個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭?。個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭?。X0X255Y0Y15A0A7A8A11I/OCSR/W若此時(shí)若此時(shí)R/W1，則執(zhí)行讀操作，將所選存儲(chǔ)單則執(zhí)行讀操作，將所選存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)送到元中的數(shù)據(jù)送到I/O端上。端上。若此時(shí)若此時(shí)R/W=0時(shí)，進(jìn)行時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)操作。X0X255Y0Y15A0A7A8A11I/OCSR/W 當(dāng)當(dāng)CS=1時(shí)，不能對(duì)時(shí)，不能對(duì)RAM進(jìn)行讀寫(xiě)操作，進(jìn)行讀寫(xiě)操作，所有端均為所有端均為。2.雙極型雙極型SRAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元T1、T2交叉反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器交叉

27、反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器設(shè)設(shè)T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止，則截止，則Q=0，Q=1且由反饋線互相維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài)數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)存于Q、Q處處 T1截止、截止、T2導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則Q=1，Q=0且由反饋線互相維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài)存儲(chǔ)狀態(tài)（保持狀態(tài)，不讀不寫(xiě)時(shí)）存儲(chǔ)狀態(tài)（保持狀態(tài)，不讀不寫(xiě)時(shí)）0V1.4V1.4Vl字線發(fā)射極有電流流出字線發(fā)射極有電流流出l位線發(fā)射極無(wú)電流位線發(fā)射極無(wú)電流l存儲(chǔ)單元與位線隔離存儲(chǔ)單元與位線隔離字線接字線接0V，位線接，位線接1.4V以以Q=1，Q=0為例為例T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，電流截止，電流經(jīng)經(jīng)T2發(fā)射極發(fā)射極(字線字線)流出流出 讀操作讀操作3V

28、1.4V1.4Vl字線無(wú)電流字線無(wú)電流流出電流經(jīng)讀出放大器放大，變成高低電平電壓信號(hào)流出電流經(jīng)讀出放大器放大，變成高低電平電壓信號(hào)字線接字線接3V，位線接，位線接1.4Vl若若Q=1，Q=0，則，則T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，位線截止，位線D有電流流出有電流流出l若若Q=0，Q=1，則，則T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止，位線截止，位線D有電流流出有電流流出 寫(xiě)操作寫(xiě)操作3V“1”“0”“1”“0”以寫(xiě)以寫(xiě)1為例為例0V1.4V1.4V10l寫(xiě)入脈沖過(guò)后觸發(fā)器維持寫(xiě)入脈沖過(guò)后觸發(fā)器維持狀態(tài)不變，狀態(tài)不變，T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截截止，電流從字線流出止，電流從字線流出lT2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，觸發(fā)器截止，

29、觸發(fā)器置置1，Q=1，Q=0字線接字線接3V，位線，位線D接接1，D接接03.CMOS型型SRAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元V1、V3交叉反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器交叉反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器設(shè)設(shè)V1導(dǎo)通、導(dǎo)通、V3截止，截止，Q=0，Q=1且由反饋線互相維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài)V5、V6是存儲(chǔ)單元的門控管，是存儲(chǔ)單元的門控管，由行線由行線X控制控制V7、V8是一列存儲(chǔ)單元共用是一列存儲(chǔ)單元共用的門控管，由列線的門控管，由列線Y控制控制當(dāng)當(dāng)X=1，Y=1時(shí)，時(shí)，V5V8均均導(dǎo)通；導(dǎo)通；I/O線、位線、線、位線、Q均接均接通，數(shù)據(jù)可以寫(xiě)入或讀出通，數(shù)據(jù)可以寫(xiě)入或讀出設(shè)設(shè)V1截止、截止、V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，Q=1，

30、Q=0且由反饋線互相維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài)4.SRAM芯片舉例芯片舉例VCCR/W123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDD3D2D1D0SRAM 2114 Intel 2114是是1 K字字4位位SRAM，它是雙列直插它是雙列直插18腳封裝器件，腳封裝器件，采用采用5V供電，與供電，與TTL電平完全兼容。電平完全兼容。Intel 2114 采用采用CMOS工藝制成，存儲(chǔ)容量為工藝制成，存儲(chǔ)容量為8K8位，典型存取時(shí)間為位，典型存取時(shí)間為100ns、電源電源電壓電壓5V、工作電流工作電流40mA、維持電壓為維持電壓為2V，

31、維持電流為維持電流為2A。8K=213，有有13條地址線條地址線A0A12；每字有每字有 8 位，有位，有 8 條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線I/O0I/O7；四條控制線四條控制線 Intel 6264CS1低電平有效，低電平有效，CS2高電平有效高電平有效兩者均有效時(shí)才選中該片，才能讀寫(xiě)兩者均有效時(shí)才選中該片，才能讀寫(xiě)OE是輸出使能端是輸出使能端WE是寫(xiě)允許信號(hào)線是寫(xiě)允許信號(hào)線62646264的工作方式表的工作方式表 CS1低電平有效，低電平有效，CS2高電平有效高電平有效兩者均有效時(shí)才選中該片，才能讀寫(xiě)兩者均有效時(shí)才選中該片，才能讀寫(xiě)OE是輸出使能端是輸出使能端WE是寫(xiě)允許信號(hào)線是寫(xiě)允許信號(hào)線7.3.2

32、 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)：管子多，功耗大，集成度低管子多，功耗大，集成度低 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：速度快，使用方便（不用刷新）速度快，使用方便（不用刷新）動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM利用利用MOS管柵極電容的管柵極電容的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)存儲(chǔ)信息，需要存儲(chǔ)信息，需要定期給電容補(bǔ)充電荷，即定期給電容補(bǔ)充電荷，即刷新刷新。有四管、三管、單管電路三種結(jié)構(gòu)有四管、三管、單管電路三種結(jié)構(gòu)以單管電路為例介紹以單管電路為例介紹工作原理工作原理:寫(xiě)入：寫(xiě)入：X=1，T導(dǎo)通，位線導(dǎo)通，位線B上的數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù) 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)T存入存入CS.讀出：讀出：X=1，T導(dǎo)通，導(dǎo)通，Q與與B接通，若

33、接通，若Q=0，則，則B=0，若若Q=1，則，則CS對(duì)對(duì)CB充電。充電。但充電后的高電平會(huì)降低很多，但充電后的高電平會(huì)降低很多，為為破壞性讀出破壞性讀出.故需讀出放大器故需讀出放大器放大放大且讀出后需且讀出后需刷新刷新（給（給CS補(bǔ)充電荷，恢復(fù)補(bǔ)充電荷，恢復(fù)vCS）。）。SCSCBSSCBSSBvvCCvCCCv 字線字線XT位位線線BQCSCBCB為分布電容，為分布電容，CBCS，2.DRAM芯片舉例芯片舉例DRAM2116（16K1）l輸入、輸出數(shù)據(jù)線分開(kāi)輸入、輸出數(shù)據(jù)線分開(kāi)l行、列地址復(fù)用行、列地址復(fù)用l三個(gè)電源引腳三個(gè)電源引腳GND CAS Dout特點(diǎn)：特點(diǎn)：常見(jiàn)存儲(chǔ)器規(guī)格型號(hào)常見(jiàn)存

34、儲(chǔ)器規(guī)格型號(hào)類型類型容量容量SRAMEPROMEEPROMFLASHNVSRAM雙口雙口RAM2 K86116 27162816 DS1213B7132/71364 K8 2732 DS1213B 8 K86264 27642864 DS1213B 16 K8 27128 32 K862256 272562825628F256DS1213D 64 K8 275122851228F512 128 K8628128 270102801028F010DS1213D 256 K8628256 270202802028F020 512 K8628512 270402804028F040DS1650 1

35、M 86281000 270802808028F080 分分 類類讀寫(xiě)功能特點(diǎn)讀寫(xiě)功能特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM在正常工作時(shí)在正常工作時(shí)只能讀不能寫(xiě)只能讀不能寫(xiě)掉電不丟失掉電不丟失掩模掩模ROM由集成芯片廠家寫(xiě)由集成芯片廠家寫(xiě)入數(shù)據(jù)，不可更改入數(shù)據(jù)，不可更改程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器PROM由用戶一次性寫(xiě)入，由用戶一次性寫(xiě)入，不可更改不可更改程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器EPROM可紫外線擦除，可可紫外線擦除，可寫(xiě)入。寫(xiě)入。程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器EEPROM可電擦除，可寫(xiě)入。可電擦除，可寫(xiě)入。程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器可電擦除，可寫(xiě)入，可電擦除，可寫(xiě)入，集成度高，速度快。集成度高，速度

36、快。程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM可隨機(jī)讀寫(xiě)可隨機(jī)讀寫(xiě)掉電丟失掉電丟失靜態(tài)靜態(tài)RAM速度快，集成度低速度快，集成度低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)存、緩存緩存動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM速度慢，集成度高速度慢，集成度高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)存總結(jié)各種存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)總結(jié)各種存儲(chǔ)器的功能特點(diǎn)7-47-4 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展7.4.1 位擴(kuò)展位擴(kuò)展只要把各片只要把各片地址線和控制線對(duì)地址線和控制線對(duì)應(yīng)連接應(yīng)連接在一起，而在一起，而數(shù)據(jù)線并列數(shù)據(jù)線并列使用使用即可，示范接線如下圖：即可，示范接線如下圖：例：用八片例：用八片1024 1位位RAM構(gòu)成構(gòu)

37、成 1024 8位的位的RAM對(duì)同一地址進(jìn)行讀寫(xiě)操對(duì)同一地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作，一次讀寫(xiě)作，一次讀寫(xiě)8位。位。I/O10241RAM(0)A0 A1 A9 R/W CSI/O0I/O1I/O10241RAM(7)A0 A1 A9 R/W CSI/O7A0A1A9R/WCSI/O10241RAM(1)A0 A1 A9 R/W CS7.4.2 字?jǐn)U展字?jǐn)U展通過(guò)用通過(guò)用10244位位(4片片2114)構(gòu)成構(gòu)成40964位位為例，介紹解決這類問(wèn)題的辦法。為例，介紹解決這類問(wèn)題的辦法。（1）訪問(wèn)）訪問(wèn)4096個(gè)單元，必然有個(gè)單元，必然有 12 根地址線；根地址線；（2）訪問(wèn)）訪問(wèn)RAM2114，只需只需 10

38、 根地址線，根地址線，尚余尚余2根地址線根地址線；（3）設(shè)法用剩余的）設(shè)法用剩余的 2根地址線去控制根地址線去控制4個(gè)個(gè) 2114的片選端的片選端。思路：思路：將數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)線，R/W對(duì)應(yīng)并接；對(duì)應(yīng)并接；將地址線對(duì)應(yīng)并接，作低位地址線；將地址線對(duì)應(yīng)并接，作低位地址線；高位地址線通過(guò)譯碼器接片選端。高位地址線通過(guò)譯碼器接片選端。方法：方法：A11A10A9A0D3D2D1D0CSR/WA0A9D2D1D0D3CSR/WA0A9D2D1D0D3CSR/WA0A9D2D1D0D3CSR/WA0A9D2D1D0D32114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/W2 4譯譯碼碼器器Y0Y

39、3Y2Y1A11A10選中片序號(hào)選中片序號(hào)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元地址 0 0 1 1 1 0 0 12114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000 10231024 20472048 30713072 4095字和位都需擴(kuò)展字和位都需擴(kuò)展例：用例：用2114(10244位位)20488位位RAM先進(jìn)行位擴(kuò)展先進(jìn)行位擴(kuò)展，將兩片，將兩片10244擴(kuò)展成擴(kuò)展成10248再進(jìn)行字?jǐn)U展再進(jìn)行字?jǐn)U展，將兩個(gè)，將兩個(gè)10248擴(kuò)展成擴(kuò)展成20488思考思考共需要四片共需要四片2114CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D32114(1)2114(2)2114(3)2114(4)D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A0A9R/W1A10用四片用四片RAM2114 組成組成 2048 8 位位RAM作業(yè)作業(yè)7-37-47-9(需解釋邏輯門符號(hào)需解釋邏輯門符號(hào))