宁夏师范学院：《数字电路》课程电子教案（PPT教学课件）第九章 半导体存储器

第9章半导体存储器

第9章 半导体存储器

第9章 存储器 (Memory 存储器是大多数数字系统和计算机中不可缺 少的部分，本章介绍RAM和ROM的种类及工作原理， 最后介绍几种常用的集成存储器芯片以及存储器 的具体应用

第9章 存 储 器 (Memory) 存储器是大多数数字系统和计算机中不可缺 少的部分，本章介绍RAM和ROM的种类及工作原理， 最后介绍几种常用的集成存储器芯片以及存储器 的具体应用

9.1概述 半导体存储器是一种能存储大量二值信息（或称为二 值的数据)的半导体器件。 因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的 引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存器那 样把每个存储单元的输入和输出直接引出。为了解决这 个矛盾，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只 有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输 入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入

9.1 概述 半导体存储器是一种能存储大量二值信息（或称为二 值的数据）的半导体器件。 因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的 引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存器那 样把每个存储单元的输入和输出直接引出。为了解决这 个矛盾，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只 有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输 入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入

÷根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类： （1)随机存取存储器(RAM)也叫做读/写存储器。 ~既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。 RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部 丢失。 (2)只读存储器(ROM)。其内容只能读出不能写入。 ·存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。 按制造工艺可分为双极型和MOS型两种

❖ 根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类： ❖ （1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。 ❖ 既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。 RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部 丢失。 ❖ （2）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。 ❖ 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。 ❖ 按制造工艺可分为双极型和MOS型两种

基本存储单元电路可以存储一位二进制信息(“0” 或“1”)的电路，是存储器的最小存储单位。 存储单元由若干基本存储单元构成，是对存储器进行 读写操作的基本单位，每个存储单元对应一个地址。 存储容量是指存储器能存放的二进制信息的位数，常 用NXM位表示。N代表存储单元数，即芯片的地址数；M 代表每个存储单元能存储的二进制位数，即每个存储单元所 包含的基本存储单元电路数。例如，256×4位表示容量为 1024位，由256个存储单元构成，每个存储单元可以存储4 位二进制数据。 存取速度常用存取周期（或称读写周期）表示，即连续 两次读（写）操作的最短间隔时间。取决于存储介质和读出机 构的类型

基本存储单元 电路可以存储一位二进制信息（“0” 或“1”）的电路，是存储器的最小存储单位。 存储单元 由若干基本存储单元构成，是对存储器进行 读写操作的基本单位，每个存储单元对应一个地址。 存储容量 是指存储器能存放的二进制信息的位数，常 用N×M位表示。N代表存储单元数，即芯片的地址数； M 代表每个存储单元能存储的二进制位数，即每个存储单元所 包含的基本存储单元电路数。例如，256×4位表示容量为 1024位，由256个存储单元构成，每个存储单元可以存储4 位二进制数据。 存取速度 常用存取周期(或称读写周期)表示，即连续 两次读(写)操作的最短间隔时间。取决于存储介质和读出机 构的类型

9.2只读存储器(R0W) ·根据数据写入方式，ROM可分为以下几种： 31.固定ROM。 ®厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。 2.一次性可编程ROM(PROM)。 ⑧出厂时，存储内容全为1（或全为0)，用户可根据自己的需 要编程，但只能编程一次。 R3.光可擦除可编程ROM(EPROM)。 ⑧采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照 射而被擦除，可多次编程

9.2 只读存储器(ROM) ❖ 根据数据写入方式，ROM可分为以下几种: 1.固定ROM。  厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。 2.一次性可编程ROM（PROM）。  出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需 要编程，但只能编程一次。 3.光可擦除可编程ROM（EPROM）。  采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照 射而被擦除，可多次编程

⑧4.电可擦除可编程ROM(E2PROM)。 3也是采用浮栅技术生产的可编程ROM,但是构成其存储单 元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的 多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改 写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功 能，可以随时改写（可重复擦写万次以上)。 a5.快闪存储器(Flash Memory)。 ⑧也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分 开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片 可以擦除/写入100万次以上

4.电可擦除可编程ROM（E2PROM）。 也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单 元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的 多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改 写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功 能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。 5.快闪存储器（Flash Memory）。 也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分 开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片 可以擦除/写入100万次以上

9.2.1 ROM的内部结构： ÷由地址译码器和存储矩阵组成。 存储单元 Wo 字线 Ao 0单元 W1 1单元 地 址输入 . 译码 Wi 单元 . W21 Anl 2”1单元 位线 Do D 输出数据

❖ 9.2.1 ROM的内部结构： ❖ 由地址译码器和存储矩阵组成。 输 A1 A 器 . 地 入 址 译 0 n1 地 码 址 A . i单元 n 2 £1 b 1 . 1 D . . W W i 0单元 D n . 1 . 位线 2 -1 输出数据 D W. 0 0 1单元 单元 W 存储单元 字线

9.2.2 固定ROM的工作原理 二极管固定ROM (1)ROM电路的结构 穿 ◆存储矩阵 (译码器) 存储单元可以用二极管、双极 型三极管或MOS管构成。 ◆地址译码器 A09 W0字 W2 W3 输出缓冲器 ◆输出缓冲器 位 输出缓冲器的作用有两个， D 一是能提高存储器的带负载能 普 力，二是实现对输出状态的三 隋 线 D 态控制，以便与系统的总线连 (编码器) 接。 D Do EN

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EN D EN EN D D D EN . D D D D 0 0 1 1 2 2 3 3 输出缓冲器 位 线 0 W1 W2 W3 字 线 与 门 阵 列 （译码器） EN . . 1 A （编码器） . . . . 或 0 . . 1 . . A 1 . 阵 1 C C 门 . 1 W V 列 . ❖ 二极管固定ROM 9.2.2 固定ROM的工作原理 ◆ 存储矩阵 存储单元可以用二极管、双极 型三极管或MOS管构成。 ◆ 地址译码器 ◆ 输出缓冲器 输出缓冲器的作用有两个， 一是能提高存储器的带负载能 力，二是实现对输出状态的三 态控制，以便与系统的总线连 接。 （1）ROM电路的结构

(2)ROM电路的工作原理 Vcc' A A WO W1 W2 W3 0 0 0 0 0 址译码 0 1 0 1 0 极管ROM的结构图 0 0 0 1 0 0 0 输出缓冲器 D3 A1 A0 D3 D2 D1 D0 EN 0 0 0 0 1 D2 0 0 矩 D11 0 0 0 0 0 D EN

二极管ROM 的结构图 （ 2 ）ROM电路的工作原理 A 1 A 0 D 3 D 2 D 1 D 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 A1 A0 W 0 W 1 W 2 W 3 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0101 001 1011