數(shù)字電路課程課件：第7章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

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1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量二值信息的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量二值信息的半導(dǎo)體器件。分類：分類：1、！單元數(shù)龐大 ！受器件輸入/輸出引腳數(shù)目的限制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可多次讀出，停電不丟失數(shù)據(jù)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可多次讀出，停電不丟失數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：寫入過(guò)程復(fù)雜，只適宜存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)。寫入過(guò)程復(fù)雜，只適宜存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)。7.2.1 掩模只讀存儲(chǔ)器掩模只讀存儲(chǔ)器掩模掩模ROM在出廠時(shí)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就已經(jīng)在出廠時(shí)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就已經(jīng)“固化固化”。一、一、ROM的電路結(jié)構(gòu)：的電路結(jié)構(gòu)：地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣輸輸出出緩緩沖沖器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出出地地址址輸輸入入三態(tài)

2、三態(tài)控制控制地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣輸輸出出緩緩沖沖器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出出地地址址輸輸入入三態(tài)三態(tài)控制控制存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣：由許多存儲(chǔ)單元排列而成，每個(gè)單元能放由許多存儲(chǔ)單元排列而成，每個(gè)單元能放1位二值代位二值代碼（碼（0或或1），每一個(gè)或一組存儲(chǔ)單元有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址代碼。），每一個(gè)或一組存儲(chǔ)單元有一個(gè)對(duì)應(yīng)的地址代碼。地址譯碼器地址譯碼器：將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信號(hào)，利用這將輸入的地址代碼譯成相應(yīng)的控制信號(hào)，利用這個(gè)控制信號(hào)從存儲(chǔ)矩陣中把指定的單元選出，并把其中的數(shù)據(jù)個(gè)控制信號(hào)從存儲(chǔ)矩陣中把指定的單元選出，并把其中的數(shù)據(jù)送到輸出緩沖器。送到輸出緩沖器。輸出緩沖器輸出緩沖器：

3、一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)總線連接。輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)總線連接。二、舉例二、舉例:二極管結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)構(gòu)的ROM電路圖電路圖W0、W1、W2、W3為字線為字線d0、d1、d2、d3為位線為位線010WA A 110WA A 210WA A 013AAW 100WWD311WWD313WWD3202WWWD如如A1A0=00時(shí)，時(shí)，W0=1，W1=W2=W3=0因此：因此：D3=0，D2=1，D1=0，D0=10101001101011011010111000A1A3D2D1D0D地地 址址數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)

4、 ROM中的數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)表100WWD311WWD313WWD3202WWWD可得數(shù)據(jù)表如下：可得數(shù)據(jù)表如下：可見可見ROM矩陣輸出矩陣輸出Di與地址輸入與地址輸入Ai之間是一個(gè)與或關(guān)系，之間是一個(gè)與或關(guān)系，由一個(gè)由一個(gè)與陣列與陣列和一個(gè)和一個(gè)或陣列或陣列組成。組成。與陣列與陣列或陣列或陣列存儲(chǔ)矩陣的每個(gè)交叉點(diǎn)是一個(gè)存儲(chǔ)矩陣的每個(gè)交叉點(diǎn)是一個(gè)“存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元”，存儲(chǔ)單元中有，存儲(chǔ)單元中有器件存入器件存入“1”，無(wú)器件存入，無(wú)器件存入“0”0101001101011011010111000A1A3D2D1D0D地地 址址數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) ROM中的數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器的容量：“字?jǐn)?shù)

5、字?jǐn)?shù) x 位數(shù)位數(shù)”上圖的存儲(chǔ)量表示為上圖的存儲(chǔ)量表示為4 x 4位。位。1010條地址線、條地址線、8 8條數(shù)據(jù)線的條數(shù)據(jù)線的ROMROM容量是多少？容量是多少？掩模掩模ROM的特點(diǎn)：出廠時(shí)已經(jīng)固定，不能更改，適合大量生的特點(diǎn)：出廠時(shí)已經(jīng)固定，不能更改，適合大量生產(chǎn)，簡(jiǎn)單，便宜，非易失性。產(chǎn)，簡(jiǎn)單，便宜，非易失性。7.2.2 可編程可編程只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM（PROM）Programmable Read-Only Memory總體結(jié)構(gòu)與掩模總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但出廠時(shí)已經(jīng)在存儲(chǔ)矩陣的所有一樣，但出廠時(shí)已經(jīng)在存儲(chǔ)矩陣的所有交叉點(diǎn)上全部制作了存儲(chǔ)元件，相當(dāng)于在所有存儲(chǔ)單元中都交叉點(diǎn)上

6、全部制作了存儲(chǔ)元件，相當(dāng)于在所有存儲(chǔ)單元中都存入了存入了 1。寫入數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)法將需要存入。寫入數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)法將需要存入0的那些存儲(chǔ)單元上的那些存儲(chǔ)單元上的熔絲燒斷就可以。的熔絲燒斷就可以。PROM的內(nèi)容只能寫入一次的內(nèi)容只能寫入一次(OTP-one time programming)。寫入時(shí)，要使用編程器7.2.3 可擦除的可編程可擦除的可編程ROM（EPROM）Erasable Programmable Read-Only Memory一、一、EPROM（UVEPROM）紫外線可擦除的可編程紫外線可擦除的可編程ROM（Ultra-Voilet Erasable Programmable Rea

7、d-Only Memory）總體結(jié)構(gòu)同總體結(jié)構(gòu)同PROM，只是采用了不同的存儲(chǔ)單元。出廠時(shí)，只是采用了不同的存儲(chǔ)單元。出廠時(shí)存儲(chǔ)信息為存儲(chǔ)信息為1，寫入，寫入0時(shí)給時(shí)給MOS管的浮柵注入電子。擦除時(shí)管的浮柵注入電子。擦除時(shí)通過(guò)紫外光照射，驅(qū)散浮柵上的電荷。通過(guò)紫外光照射，驅(qū)散浮柵上的電荷。EPROM的封裝上開有石英玻璃的窗口。的封裝上開有石英玻璃的窗口。二、二、E2PROM電信號(hào)可擦除的可編程電信號(hào)可擦除的可編程ROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）擦除和寫入時(shí)需要加高電壓脈沖。擦、寫時(shí)間仍較長(zhǎng)，需要擦除和寫入時(shí)需要加高

8、電壓脈沖。擦、寫時(shí)間仍較長(zhǎng)，需要專用編程器實(shí)現(xiàn)。正常工作狀態(tài)下，只能工作在讀出狀態(tài)。專用編程器實(shí)現(xiàn)。正常工作狀態(tài)下，只能工作在讀出狀態(tài)。現(xiàn)在電信號(hào)可擦除的可編程現(xiàn)在電信號(hào)可擦除的可編程ROM內(nèi)部設(shè)置了升壓電路，使擦、內(nèi)部設(shè)置了升壓電路，使擦、寫、讀都可以在寫、讀都可以在5V電源下進(jìn)行，不需要編程器，可電源下進(jìn)行，不需要編程器，可在線改寫在線改寫。廣泛應(yīng)用在廣泛應(yīng)用在IC卡等領(lǐng)域?？ǖ阮I(lǐng)域。特點(diǎn)：用電擦除、擦寫方便、速度較快，但集成度低，特點(diǎn)：用電擦除、擦寫方便、速度較快，但集成度低，存儲(chǔ)容量小。存儲(chǔ)容量小。電信號(hào)可擦除的可編程電信號(hào)可擦除的可編程ROM，即吸收了，即吸收了EPROM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編

9、程可靠的優(yōu)點(diǎn)，又保留了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，又保留了E2PROM擦擦除快的特點(diǎn)。除快的特點(diǎn)。因此具有以下優(yōu)點(diǎn)：因此具有以下優(yōu)點(diǎn)：7.3 RAM7.3.1 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）Static RAMSRAM 從存儲(chǔ)矩陣中選中一行存儲(chǔ)單元；從存儲(chǔ)矩陣中選中一行存儲(chǔ)單元；從字線選中的一行存儲(chǔ)單元中再選從字線選中的一行存儲(chǔ)單元中再選1位（或幾位（或幾位），使這些被選中的單元經(jīng)讀位），使這些被選中的單元經(jīng)讀/寫控制電路，與輸入寫控制電路，與輸入/輸出端輸出端接通，以便對(duì)這些單元進(jìn)行讀接通，以便對(duì)這些單元進(jìn)行讀/寫操作。寫操作。：用于對(duì)電路的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。當(dāng)讀用于對(duì)電路的工作狀

10、態(tài)進(jìn)行控制。當(dāng)讀/寫控制信號(hào)為寫控制信號(hào)為1時(shí)，時(shí)，執(zhí)行讀操作，將存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù)送到輸入執(zhí)行讀操作，將存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù)送到輸入/輸出端上。當(dāng)讀輸出端上。當(dāng)讀/寫控制信號(hào)為寫控制信號(hào)為0時(shí)，執(zhí)行寫操作，加到輸入時(shí)，執(zhí)行寫操作，加到輸入/輸出端上的數(shù)據(jù)輸出端上的數(shù)據(jù)被寫到存儲(chǔ)單元中。被寫到存儲(chǔ)單元中。：片選輸入信號(hào)為片選輸入信號(hào)為 時(shí)，時(shí)，RAM為正常工作狀態(tài)。為正常工作狀態(tài)。片選輸入信號(hào)為片選輸入信號(hào)為 時(shí)，不能對(duì)時(shí)，不能對(duì)RAM進(jìn)行讀進(jìn)行讀/寫操作。寫操作。10244位位RAM的結(jié)構(gòu)框圖：的結(jié)構(gòu)框圖：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的每一個(gè)存儲(chǔ)單元為一個(gè)基本靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的每一個(gè)存儲(chǔ)單元為一個(gè)基本RS觸發(fā)器，

11、觸發(fā)器，因此只要不掉電，因此只要不掉電，RAM中的數(shù)據(jù)就可以一直保持。除非重中的數(shù)據(jù)就可以一直保持。除非重新改寫。新改寫。7.3.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）Dynamic RAM7.4.1 位擴(kuò)展方式位擴(kuò)展方式適用于每片適用于每片RAM,ROM字?jǐn)?shù)夠用而位數(shù)不夠時(shí)字?jǐn)?shù)夠用而位數(shù)不夠時(shí)接法：將各片的地址線、讀寫線、片選線并聯(lián)即可接法：將各片的地址線、讀寫線、片選線并聯(lián)即可例：用八片例：用八片102410241 1位位 102410248 8位的位的RAM7.4.2 7.4.2 字?jǐn)U展方式字?jǐn)U展方式如果每一片如果每一片ROM或或RAM中的位數(shù)夠用，而字?jǐn)?shù)不夠用時(shí)，中的位數(shù)夠用，

12、而字?jǐn)?shù)不夠用時(shí)，應(yīng)采用字?jǐn)U展的連接方式。應(yīng)采用字?jǐn)U展的連接方式。例：用四片例：用四片2562568 8位位102410248 8位位 RAMRAMSCWRAAOIOI片選信號(hào)：寫信號(hào)：讀地址線：數(shù)據(jù)線：/70701024 x 8RAM70OIOI.9870AAAA,.WRWRAAAAOIOI寫信號(hào)：讀地址線：數(shù)據(jù)線：/987070,)1111111100000000:A(25625670個(gè)地址個(gè)字，需要每一片提供SCYYAAAA分別接四片的譯成即將兩位代碼區(qū)分四片用,308989102376876751251125625501110010007070707,AAAAAAAA四片的地址分配就是：

13、00011101101110110111111089AA4321SCSCSCSC例：用4片2K8位的RAM和必要的門電路實(shí)現(xiàn)4K16位的RAM 字和位同時(shí)擴(kuò)展：字和位同時(shí)擴(kuò)展：因?yàn)榇鎯?chǔ)器的地址譯碼器輸出包含了輸入變量（地址）全部因?yàn)榇鎯?chǔ)器的地址譯碼器輸出包含了輸入變量（地址）全部的最小項(xiàng)，為的最小項(xiàng)，為與陣列與陣列，而存儲(chǔ)矩陣為，而存儲(chǔ)矩陣為或陣列或陣列，輸出為若干個(gè)，輸出為若干個(gè)最小項(xiàng)之和。因而任何形式的組合邏輯函數(shù)均可通過(guò)向存儲(chǔ)最小項(xiàng)之和。因而任何形式的組合邏輯函數(shù)均可通過(guò)向存儲(chǔ)器中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。器中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。用具有用具有n位輸入地址、位輸入地址、m位數(shù)據(jù)輸出的位數(shù)據(jù)輸出的

14、ROM可以獲得一組可以獲得一組（最多為（最多為m個(gè)）任何形式的個(gè)）任何形式的n變量組合邏輯函數(shù)，只要根據(jù)變量組合邏輯函數(shù)，只要根據(jù)函數(shù)的形式向函數(shù)的形式向ROM中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。這個(gè)原理也適用于這個(gè)原理也適用于RAM。A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110如果將輸入地址如果將輸入地址A1和和A0視為兩個(gè)輸入邏輯變量，同時(shí)將輸出數(shù)據(jù)視為兩個(gè)輸入邏輯變量，同時(shí)將輸出數(shù)據(jù) D0、D1、D2和和D3視為一組輸出邏輯變量，視為一組輸出邏輯變量，則則D0、D1、D2和和D3 就是一組就是一組A1、A0 的組合邏輯函數(shù)，上表也的組合邏輯函數(shù)，上表也

15、就是這一組多輸出組合邏輯函數(shù)的真值表。就是這一組多輸出組合邏輯函數(shù)的真值表。例例 試用試用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示的譯碼器。設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示的譯碼器。例例 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)。1234YA BCA B CYAB CDBCDA BCDYABCDA BC DYA B CDABCD 解：將輸出函數(shù)展開成標(biāo)準(zhǔn)與解：將輸出函數(shù)展開成標(biāo)準(zhǔn)與-或表達(dá)式：或表達(dá)式：1234YA BCDA BCDA B CDA B CDYAB CDA BCDABCDA BCDYABCDA BC DYA B CDABCD 15241443141076276321mmYmmYmmmmYmmmmY15241443141076276321mmYmmYmmmmYmmmmY點(diǎn)陣圖：點(diǎn)陣圖：交叉點(diǎn)的位置畫一個(gè)圓點(diǎn)，交叉點(diǎn)的位置畫一個(gè)圓點(diǎn)，以代替存儲(chǔ)器件。接入存儲(chǔ)器件表示以代替存儲(chǔ)器件。接入存儲(chǔ)器件表示存存1，以不接存儲(chǔ)器件表示存，以不接存儲(chǔ)器件表示存000000000111111110000111100001111001100110011001101010101010101010011001100000000000000110010001000001000000000100010000000000001A B C DY1 Y2 Y3 Y4