《半導體存儲器 》PPT課件

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1、第 六 章 半 導 體 存 儲 器 6.1 概 述 6.2 順 序 存 取 存 儲 器 （ SAM） 6.3 隨 機 存 取 存 儲 器 （ RAM） 6.4 只 讀 存 儲 器 （ ROM） 第 六 章 半 導 體 存 儲 器6.1 概 述 存 儲 器 是 存 儲 信 息 的 器 件 ， 主 要 用 來 存 放 二 進 制 數(shù)據(jù) 、 程 序 和 信 息 ， 是 計 算 機 等 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 不 可 缺 少 的 組成 部 分 。6.1.1 半 導 體 存 儲 器 的 特 點集 成 度 高 ， 體 積 小可 靠 性 高 ， 價 格 低外 圍 電 路 簡 單 易 于 批 量 生 產(chǎn) 6.1.

2、2 半 導 體 存 儲 器 的 分 類按 存 取 功 能 ， 半 導 體 存 儲 器 可 分 為 ：順 序 存 取 存 儲 器 SAM(Sequential access memory)。 按 器 件 類 型 ， 半 導 體 存 儲 器 可 分 為 ： 雙 極 型 存 儲 器 和 MOS型 存 儲 器 只 讀 存 儲 器 ROM（ Read-only memory ）隨 機 存 取 存 儲 器 RAM（ Random access memory） 6.2 順 序 存 取 存 儲 器 （ SAM） SAM 是 一 種 按 順 序 串 行 地 寫 入 或 讀 出的 存 儲 器 ， 也 成 為 串

3、行 存 儲 器 ， 由 于 SAM的 數(shù) 據(jù) 是 按 一 定 順 序 串 行 寫 入 或 讀 出 ， 所 以它 實 質(zhì) 上 就 是 移 位 寄 存 器 。 SAM按 數(shù) 據(jù) 讀 出 的 順 序 分 為 先 入 先 出 和先 入 后 出 型 。 6.3 隨 機 存 取 存 儲 器 （ RAM）存 儲 單 元 存 放 一 位 二 進 制 數(shù) 的 基 本 單 元 (即 位 )。存 儲 容 量 存 儲 器 含 存 儲 單 元 的 總 個 (位 )數(shù) 。存 儲 容 量 = 字 數(shù) （ word） 位 數(shù) （ bit） 地 址 存 儲 器 中 每 一 個 字 的 編 號2561， 2564 一 共 有 2

4、56 個 字 ， 需 要 256 個 地 址10244， 10248 一 共 有 1024 個 字 ， 需 要 1024 個 地 址地 址 譯 碼 用 譯 碼 器 賦 予 每 一 個 字 一 個 地 址N 個 地 址 輸 入 ， 能 產(chǎn) 生 2N 個 地 址一 元 地 址 譯 碼 (單 向 譯 碼 、 基 本 譯 碼 、 字 譯 碼 )二 元 地 址 譯 碼 (雙 向 譯 碼 、 位 譯 碼 ) 行 譯 碼 、 列 譯 碼 6.3.1 RAM 的 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 存 儲 矩 陣讀 /寫控 制 器地址譯碼器地址碼輸入片 選讀 /寫 控 制輸 入 /輸 出CS R / W I / O

5、例 對 256 4 存 儲 矩 陣 進 行 地 址 譯 碼一元地址譯碼 D3D2D1D0W0W1W256譯碼器 0 0 1 11 0 1 00 1 1 1A0A1A710.0缺 點 : n 位 地 址 輸 入 的譯 碼 器 ,需 要 2 n 條輸 出 線 。 1 0 1 0二元地址譯碼Y0Y1 Y15A0A1A2A3 X0X1X15行譯碼器 A4 A5 A6 A7列 譯 碼 器 Dout 8 位 地 址 輸 入 的地 址 譯 碼 器 ,只 有 32條 輸 出 線 。 25 (32) 根 行 選 擇 線10 根 地 址 線 2n (1024)個 地 址25 (32)根 列 選 擇 線1024 個

6、 字 排 列 成 32 32 矩 陣當 X0 = 1， Y0 = 1 時 ，對 0-0 單 元 讀 (寫 )當 X31 = 1， Y31 = 1時 ，對 31-31 單 元 讀 (寫 ) 例 1024 1 存 儲 器 矩 陣 6.3.2 RAM的 存 儲 單 元(一 ) 靜 態(tài) 存 儲 單 元基 本 工 作 原 理 ： DDS RQ Q 位線B位線B 門 控 管控 制 觸 發(fā) 器 與 位 線 的 連 通截 止截 止 導 通 導 通截 止 截 止 01導 通 導 通 讀 操 作 時 : QDQD寫 操 作 時 : QD DQ 門 控 管控 制 位 線 與 數(shù) 據(jù) 線 的 連 通1 MOS管 為簡

7、 化 畫 法 VDDVG G DD1. 六 管 NMOS 存 儲 單 元VDDVG G 1導 通 0 截 止0截 止 1 導 通特 點 ： 斷 電 后 數(shù) 據(jù) 丟 失 2. 六 管 CMOS 存 儲 單 元VDD DDNP 特 點 ： PMOS 作 NMOS負 載 ， 功 耗 極 小 ， 可在 交 流 電 源 斷 電 后 ,靠電 池 保 持 存 儲 數(shù) 據(jù) . (二 ) 動 態(tài) 存 儲 單 元1. 四 管 動 態(tài) 存 儲 單 元 控 制對 位 線 的 預 充 電 VDD存 儲 單 元 DD CBCB預充脈沖C1C2 導通截止 門 控 管控 制 存 儲 單 元與 位 線 的 連 通 門 控 管控

8、 制 位 線 與 數(shù)據(jù) 線 的 連 通 1若 無 預 充 電 ， 在 “ 讀 ” 過 程 中 C 1 存 儲 的 電 荷 有 所 損失 ， 使 數(shù) 據(jù) “ 1”被 破 壞 ， 而 預 充 電 則 起 到 給 C1 補充 電 荷 的 作 用 ， 即 進 行 一 次 刷 新 。 2. 三 管 動 態(tài) 存 儲 單 元 C B VDDC 先 使 讀 位 線 預 充 電 到 高 電 平當 讀 字 線 為 高 電 平 時 T3 導 通若 C 上 存 有 電 荷 (1)使 T2 導 通 , 則 CB 放 電 , 使讀 位 變 為 低 電 平 (0)若 C 上 沒 有 電 荷 (0)使 T2 截 止 , 則

9、CB 不 放 電 , 使 讀 位 線 保 持 高 電 平 (1)當 寫 字 線 為 高 電 平 時 T 1 導 通將 輸 入 信 號 送 至 寫 位 線 ， 則 將 信 息 存 儲 于 C 中 6.3.3 RAM 存 儲 容 量 的 擴 展(一 ) 位 擴 展 地 址 線 、 讀 /寫 控 制 線 、 片 選 線 并 聯(lián)輸 入 / 輸 出 線 分 開 使 用如 ： 用 8 片 1024 1 位 RAM 擴 展 為 1024 8 位 RAMI / O (0)A0A1 A9R/WCS I / O (1)A0A1A9 R/WCS I / O (7)A0A1A9 R/WCSA0A1.A9CSR / W

10、 I0 I1 I7 D0D7O0 O1 O7 (二 ) 字 擴 展 （ 三 ） RAM 芯 片 舉 例123456789101112 242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1 A0D0D1D 2G ND VDDA8A9WEOEA10CS D7D6D5D4D3 片 選輸 出 使 能寫 入 控 制輸入工作方式I / OCS OE WE A0A10 D0D71 0 0 1 穩(wěn) 定0 0 穩(wěn) 定 低 功 耗 維 持讀寫 高 阻 態(tài)輸 出輸 入 6.4 只 讀 存 儲 器 （ ROM）6.4.1 ROM 的 分 類分 類 掩 模 ROM可 編 程 ROM（ PROM

11、Programmable ROM）可 擦 除 可 編 程 ROM（ EPROM Erasable PROM）說 明 :掩 模 ROMPROM 生 產(chǎn) 過 程 中 在 掩 模 板 控 制 下 寫 入 ， 內(nèi) 容 固 定 ，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 ）EPROM 存 儲 數(shù) 據(jù) 可 以 更 改 ， 但 改 寫 麻 煩 ， 工 作 時 只 讀EEPROM 或 E 2PROM 電 擦 除 （ 幾 十 毫 秒 ） 6.4.2 ROM 的 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理1. 基 本 結(jié) 構(gòu)一

12、、 ROM 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 地 址 輸 入數(shù) 據(jù) 輸 出01 AAn n 位 地 址 01 DDb b 位 數(shù) 據(jù) A0 A1 An-1D0 D1 Db-1D0 D1 Db-1A0 A1 An-12n b ROM最 高 位 最 低 位 2. 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 存 儲 單 元數(shù) 據(jù) 輸 出字線 位 線地 址 譯 碼 器ROM 存 儲 容 量 = 字 線 數(shù) 位 線 數(shù) = 2 n b（ 位 ）地址輸入 0單 元1單 元i 單 元2n-1單 元D0D1 Db-1A0A1An-1 W0W1WiW2n-1 3. 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖m0A0A1An-1 m1mim2n-1譯碼器

13、Z0 (D 0) 或門Z1 (D1) 或門Zb-1(Db-1) 或門2n個 與 門 構(gòu) 成 n 位二 進 制 譯 碼 器 , 輸出 2n 個 最 小 項 。 01210 DmmmZ ni 1101 DmmmZ i . 112101 b-ib- DmmmmZ n n個輸入變量 b 個 輸 出 函 數(shù)或 門 陣 列與 門 陣 列 W0(m0)W2(m2) D0=W0+W2=m0+m2二 、 ROM 的 基 本 工 作 原 理1. 電 路 組 成二 極 管 或 門二 極 管 與 門 W0(m0)+VCC1A0A 1A1 11A0 1Vcc EN D3EN D2EN D1EN D0D3D2D1D0W0

14、(m0) W1(m1)W2(m2)W3(m3) 與門陣列(譯 碼 器 )或門陣列(編 碼 器 ) 位線字 線 輸 出緩 沖EN 2. 工 作 原 理輸 出 信 號 的 邏 輯 表 達 式 0100 AAmW 0111 AAmW 0122 AAmW 0133 AAmW 00101 20200 AAAAA mmWWD 013211 AAWWWD 103202 AAWWWD 0313 AWWD 1A1 11A0 1Vcc EN D3EN D2EN D 1EN D0D3D2D1D0W0(m0) W1(m1)W2(m2)W3(m3) 與門陣列(譯 碼 器 )或門陣列 (編 碼 器 ) 位線 輸 出緩 沖

15、EN字 線字 線 ：位 線 ： 輸 出 信 號 的 真 值 表0 00 11 01 1 0 1 0 1A1 A0 D3 D2 D1 D01 0 1 00 1 1 11 1 1 03. 功 能 說 明(1) 存 儲 器(2) 函 數(shù) 發(fā) 生 器 地 址 存 儲數(shù) 據(jù)輸 入 變 量 01 AA輸 出 函 數(shù) 0123 DDDD(3) 譯 碼 編 碼 字 線 編 碼0W 0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0A1 A00 00 11 01 1輸 入變 量 輸 出函 數(shù)1W2W3W 第 六 章 小 結(jié)1. 隨 機 存 取 存 儲 器 (RAM）組 成 ： 主 要 由 地 址 譯 碼

16、器 、 讀 /寫 控 制 電 路 和 存 儲 矩 陣 三 部 分 組 成 。功 能 ： 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 。種 類 ： 分 為 靜 態(tài) RAM 和 動 態(tài) RAM 。應 用 ： 多 用 于 經(jīng) 常 更 換 數(shù) 據(jù) 的 場 合 ， 最 典 型 的 應 用 就 是 計 算 機 中 的 內(nèi) 存 。特 點 ： 斷 電 后 ， 數(shù) 據(jù) 將 全 部 丟 失 。 2. 只 讀 存 儲 器 （ ROM）分 類 ： 掩 模 ROM 可 編 程 ROM（ PROM) 可 擦 除 可 編 程 ROM（ EPROM) 只 讀 存 儲 器 ROM中 存 儲 的 內(nèi) 容 一 旦 寫 入 ,在 工 作 過 程 中不 會 改 變 ， 斷 電 后 數(shù) 據(jù) 也 不 會 丟 失 ， 所 以 ROM也 稱 為 固定 存 儲 器 ， 它 在 正 常 工 作 時 ， 只 能 讀 出 信 息 ， 不 能 隨 時寫 入 信 息 。