《数字电路》课程PPT教学课件：第八章 半导体存储器

第八章半导体存储器 了解存储器的结构功能和特点

第八章 半导体存储器 了解存储器的结构功能和特点

8.0存储器概述 存储器存放大量二进制数字的器件。 按材料分类 l)磁介质类——一软磁盘、硬盘、磁带 2)光介质类CD、DVD、MO 3)半导体介质类_ FLASH ROM、 SDRAM、 EEPROM 按功能分类 主要分RAM和ROM两类,不过界限逐渐模糊 RAM: SDRAM,磁盘, ROM: CD DVD. FLASH ROM. EEPROM 性能指标 1)存储容量——字数X位数;256X8bt=256字节,一般用位数 表示:XX256表示256(k)bt32(k)*8=32(k)字节 2)存取时间—存储器操作的速度 本课主要讲述半导体介质类器件

8.0 存储器概述 存储器——存放大量二进制数字的器件。 按材料分类 1) 磁介质类——软磁盘、硬盘、磁带 2) 光介质类——CD、DVD、MO 3) 半导体介质类——FLASH ROM、SDRAM、EEPROM 按功能分类 主要分RAM和ROM两类，不过界限逐渐模糊 RAM: SDRAM, 磁盘， ROM: CD, DVD, FLASH ROM, EEPROM 本课主要讲述半导体介质类器件 性能指标 1)存储容量——字数X位数；256X8bit=256字节，一般用位数 表示：xxx256表示256(k)bit=32(k)*8=32(k)字节 2) 存取时间——存储器操作的速度

81随机存储器RAM RAM在工作过程中,既可从存储器的任意单元读出信息, 又可以把外界信息写入任意单元,因此它被称为随 机存储器,读写速度很快。但一般有易失性,数据 掉电后就消失(也有非易失性的RAM实际上类似于 ROM)。 RAM按功能可分为静态、动态两类 RAM按所用器件又可分为双极型和MOS型两种

8.1 随机存储器RAM RAM——在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息， 又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随 机存储器，读写速度很快。但一般有易失性，数据 掉电后就消失(也有非易失性的RAM,实际上类似于 ROM)。 RAM 按功能可分为静态、动态两类； RAM 按所用器件又可分为双极型和 MOS型两种

1存储器的基本结构 存储器的每个存储单元是一个单元电路,由于存储器的容量 巨大,一般都把存储单元排列成矩阵形式。分行列译码,用 两条线来共同选择存储单元 C CSo.0.1 XO 6 32 0 地址译码 Cs 行地址译码 CS 241 A 器 存储器阵列 器|CSyb5b32 2: Cs Yo CS YI CS Y15 5 255 32条选择线列地址译码器 256条选择线

1.存储器的基本结构 存储器的每个存储单元是一个单元电路，由于存储器的容量 巨大，一般都把存储单元排列成矩阵形式。分行列译码，用 两条线来共同选择存储单元。 A0 A1 A2 A3 CSX0 CSX1 CSX15 行 地 址 译 码 器 …… 列地址译码器 A4 A5 A6 A7 CSY0 CSY1 CSY15 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 …… CS0 CS1 CS255 地 址 译 码 器 存 储 器 阵 列 0 1 255 0 1 15 16 17 32 32 241 255 256条选择线 32条选择线

A 读 A 行地址译码器 写 P在错矩阵KN 控Ao 电路 数据输入输出 列地址译码器 CST H A,……A n-1 RW I 地址输入 控制输入 存储器有三组输入信号:地址输入、控制输入和数据输入 一组输出信号:数据输出 般在存储器中都使用双译码形式,就是如图的地址分成 行列两组的形式,以简化电路

A0 Ai 行 地 址 译 码 器 ….. 列地址译码器 Ai+1 An-1 …… 存储矩阵 读 写 控 制 电 路 CS R/W I/O 地址输入 控制输入 数据输入/输出 存储器有三组输入信号：地址输入、控制输入和数据输入 一组输出信号：数据输出 一般在存储器中都使用双译码形式，就是如图的地址分成 行列两组的形式，以简化电路

静态RAM存储单元(SRAM) DD 六管NMOS存储单元 B 线与 Y D D D T1,T3构成一个NMOS反相器 B B为输入,A为输出 T2,T4构成一个NMOS反相器 A D B A为输入,B为输出

静态RAM存储单元(SRAM) 六管NMOS存储单元 Y X T3 T4 T1 T2 T5 T6 T7 T8 D D A B T1,T3构成一个NMOS反相器 B为输入，A为输出 T2,T4构成一个NMOS反相器 A为输入，B为输出 I O VDD B A 线与 A A B D D D D B

X触发器构成的存储单元的 内部输入输出A,B A经T5,T7连接数据线D B经T6,T8连接数据线D 行选择线X控制T5,T6 X=1时T5,T6导通 X=0时T5,T6截止 Y 列选择线Y控制T7,T8 D Y=1时T7,T8导通 Y=0时T7,T8截止 只有X,Y选择线都是高电平,内部输入、输出才和外部数 据线连接,也就是该存储单元被选中

Y X T3 T4 T1 T2 T5 T6 T7 T8 D D A B 触发器构成的存储单元的 内部输入/输出A,B A经T5,T7连接数据线D B经T6,T8连接数据线D 只有X,Y选择线都是高电平，内部输入、输出才和外部数 据线连接，也就是该存储单元被选中。 行选择线X控制T5,T6 X=1时T5,T6导通 X=0时T5,T6截止 列选择线Y控制T7,T8 Y=1时T7,T8导通 Y=0时T7,T8截止

CMOS六管存储单元 原理与NMOS六管静态 存储单元类似: B,以CMOS反相器的原理 用T1~T4构成一个基本 RS触发器,其中T1,T3 构成一个CMOS反相 器,T2,T4构成另一个。 其他MOS管构成连接控 制

CMOS六管存储单元 原理与NMOS六管静态 存储单元类似： 以CMOS反相器的原理 用T1~T4构成一个基本 RS触发器，其中T1,T3 构成一个CMOS反相 器,T2,T4构成另一个。 其他MOS管构成连接控 制

静态存储单元存储数据依据触发器自锁的原理,利用触发器 保存数据,所以数据是非破坏性读出,一次写入,可以反复 读出,对存储的数据没有反作用。写入时,只要在DD上加 上反相的信号,就可以引起触发器的翻转,实现数据写入。 动态存储单元(DRAM) 静态存储单元功耗高,体积大,(行选择线 存储 大容量存储器一般都采用动态 T 元 存储单元 存储依赖电容存储电荷 位 线: 读出过程中:电容C上若充 有足够电荷,其电压足够使 写入刷 新控制「 T2导通,输出线D上就得到 低电平0,否则得到1。 写入过程就是给电容 Y(列选择线) 充电和放电的过程。 图8.1.2三管动态存储单元

静态存储单元存储数据依据触发器自锁的原理，利用触发器 保存数据，所以数据是非破坏性读出，一次写入，可以反复 读出，对存储的数据没有反作用。写入时，只要在D/D上加 上反相的信号，就可以引起触发器的翻转，实现数据写入。 动态存储单元(DRAM) 静态存储单元功耗高，体积大， 大容量存储器一般都采用动态 存储单元 读出过程中：电容C上若充 有足够电荷，其电压足够使 T2导通，输出线DO上就得到 低电平0，否则得到1。 写入过程就是给电容 充电和放电的过程。 存储依赖电容存储电荷

每次从DRAM中读出数据时,都会使电容C上的电荷减少 所以DRAM的读出过程是破坏性读出,每次读出后必须及时 给电容再次充电,维护其内容。 C上电荷也不能长时间维持,所以还必须定时对电容充电, 称为再生或刷新 读取时:X,yY选中该单元,T1,T3,(行选择线) 存储 T4,T5都开通。Do上得到存储的 单元 数据; 同时R=1,内部数据经写入刷新单 元刷新电容C,刷新电平是D 写入刷 如果D=0;对应C应该充满电,刷控制 新电平为1,重新给电容充电 R/W. 如果D=1;对应C应该不充电,屈 新电平为0,对C放电。 Y(列选择线) 图8.1.2三管动态存储单元

每次从DRAM中读出数据时，都会使电容C上的电荷减少， 所以DRAM的读出过程是破坏性读出，每次读出后必须及时 给电容再次充电，维护其内容。 C上电荷也不能长时间维持，所以还必须定时对电容充电， 称为再生或刷新。 读取时：X,Y选中该单元，T1,T3， T4,T5都开通。DO上得到存储的 数据; 同时R=1,内部数据经写入刷新单 元刷新电容C，刷新电平是D 如果D=0;对应C应该充满电，刷 新电平为1,重新给电容充电 如果D=1;对应C应该不充电，刷 新电平为0，对C放电。 1 D 0 D D 1