50半导体存储器

第七章半导体存储器半导体存储器分类RAM特点：工作中，可随机对存储器的任意单元进行读、写。按功能分：RAM可分为静态、动态两类；按所用器件分：可分为双极型和MOS型两种。7.1随机读写存储器(RAM)按读写方式分：可分为单口形和双口型两种。静态：数据写入后，不掉电数据不会丢；动态：指数据写入后，要定时刷新，否则不掉电数据也会丢失。单口形：不能同时读、写；双口型：能同时读、写。随机存取存储器简称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的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。QQ7.1.1静态基本存储单元T1~T4构成基本R-S触发器六管存储单元T5、T6为门控管T7、T8为数据线控制管1、静态RAM存储单元（1）写操作Xi=1有效，T5，T6开通；Yj有效T7，T8开通。数据(D=1)被写入存储单元。（2）读操作Xi有效，T5，T6开通；Yj有效T7，T8开通。数据(Q=1)从存储单元读出。1010010111QQ原存储Q=0T存储单元写操作:X=1=0WET导通，电容器C与位线B连通输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元如果DI为1，则向电容器充电，C存1;反之电容器放电,C存0。-刷新R行选线XOD读/写WEID输出缓冲器/灵敏放大器刷新缓冲器输入缓冲器位线B2动态随机存取存储器(DRAM)读操作:X=1=1WET导通，电容器C与位线B连通输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出T刷新R行选线XODWEID刷新缓冲器输入缓冲器位线B每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。输出缓冲器/灵敏放大器3、RAM结构示意图D0D1D2D3A0A1A2A3A4A5A6A7R/WCS256×4RAM存储器容量：32行×32列矩阵256×4（字数）×（位数）256个字，宽度4位的阵需：32根行线、8根列线。（1）存储矩阵随机存取存储器RAM当Xi和Yj有效时，一个字的四个存储单元被选中。A7~A0=00011111时，选中哪个单元?256个字需要8根地址线A7~A0即可全部寻址。（2）地址译码25=32译码器A5A6A723=811111000字线位线[31，0]••••••2）=0时，芯片被选中。R/W=1时，G5输出“1”，G3导通；G4输出“0”，G1、G2高阻态截止，读操作；CS（3）片选与读写控制电路1）=1时，G4，G5输出为“0”，三态门G1，G2，G3均为高阻态，芯片未选中，不能进行读或写操作。CS3）=0时，R/W=0，G4输出“1”，G1、G2导通；G5输出“0”，G3高阻态，写操作。CS7.1.2RAM的扩展——位扩展和字扩展1.位扩展例试用1024×1位的RAM扩展成1024×8的存储器。分析：（1）需要1024×1的RAM多少片。寻址范围：0000000000~1111111111(000H~3FFH)2.字扩展例试用256×4RAM扩展成1024×4存储器。解：需用的256×4RAM芯片数为：N=总存储容量/单片存储容量=425641024=4（片）用256×4RAM组成1024×4存储器3、全扩展：字数加倍，位数也加倍的扩展方式。例：将4K×4的RAM扩展为16K×8的存储系统。142log16log1422K地址线总数122log4log41222KK芯片需地址线数片选地址线数=14–12=2数据线数=位线数=88个芯片构成4组，每组2片。数据线D0～D7、片内地址线A0～A11，片选地址线A12,A13需2/4线译码器来译码。7.2只读存储器(ROM)7.2.1ROM的基本结构及工作原理ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出电路三部分组成。（1）二极管构成的ROM电路如下：只读存储器因工作时其内容只能读出而得名，常用于存储数字系统及计算机中不需改写的数据，例如数据转换表及计算机操作系统程序等。ROM(Read－OnlyMemory)存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。输出存储矩阵字线位线000101111100110011001001地址A1A0D3D2D1D0内容+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3（2）MOS管的ROM矩阵矩阵中，字线和位线间有MOS管的单元，存储“0”；无MOS管的，存储“1”。以上两种称为掩膜ROM，其存储矩阵中的内容在出厂时已被固定，用户不能修改。（3）PROM字线位线熔断丝将熔丝烧断，字线、位线在此交叉，该单元变成“0”。PROM是一种可编程序的ROM，采用熔丝结构，只给用户一次编程机会。在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”。（5）EPROM是可以改写多次，存储的信息可以用紫外线照射擦除，然后又可以重新编制信息的ROM。（6）EEPROM，FlashROM是可以在线，电可擦除和编程的ROM。有并行和串行两种。ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A010000000000011111111111000000000000000000000011111111111248129637.2.2ROM的应用举例1.波形发生器ROMD/A计数器CP计数脉冲送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0数学运算是数控装置和数字系统中需要经常进行的操作，如果事先把要用到的基本函数变量在一定范围内的取值和相应的函数取值列成表格，写入只读存储器中，则在需要时只要给出规定“地址”就可以快速地得到相应的函数值。这种ROM，实际上已经成为函数运算表电路。【例8.2—1】试用ROM构成能实现函数y=x2的运算表电路，x的取值范围为0～15的正整数。【解】（1）分析要求、设定变量自变量x的取值范围为0～15的正整数，对应的4位二进制正整数，用B=B3B2B1B0表示。根据y=x2的运算关系，可求出y的最大值是152＝225，可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。2.作函数运算表电路（2）列真值表—函数运算表Y7=m12+m13+m14+m15Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y3=m3+m5+m11+m13Y2=m2+m6+m10+m14Y1=0Y0=m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15（3）写标准与或表达式（4）画ROM存储矩阵节点连接图为做图方便，可将ROM矩阵中的二极管用节点表示。BBBB(阵列储门矩阵存或(器列(地译门码阵(址与0(m)(m)1(m)15图8.2—5例8.2—1ROM存储矩阵连接图当我们把ROM存储矩阵做一个逻辑部件应用时，可将其用方框图表示。DDDDDDDDAAAABBBB16×8位ROM输YYYYYYYY000011122233344556677312出输入xy说明:在图8.2—5所示电路中，字线W0～W15分别与最小项m0～m15一一对应，我们注意到作为地址译码器的与门阵列，其连接是固定的，它的任务是完成对输入地址码（变量）的译码工作，产生一个个具体的地址—地址码（变量）的全部最小项；而作为存储矩阵的或门阵列是可编程的，各个交叉点—可编程点的状态，也就是存储矩阵中的内容，可由用户编程决定。BBBB(阵列储门矩阵存或(器列(地译门码阵(址与0(m)(m)1(m)15ABCCBACBACBAY1CABCY2ABCDDCABDCBADBCACDBADCBAY3BCDACDABDABCY4从ROM的逻辑结构示意图可知，只读存储器的基本部分是与门阵列和或门阵列，与门阵列实现对输入变量的译码，产生变量的全部最小项，或门阵列完成有关最小项的或运算，因此从理论上讲，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。2．实现任意组合逻辑函数【例8.2—2】试用ROM实现下列函数：1.写出各函数的标准与或表达式按A、B、C、D顺序排列变量，将Y1、Y2扩展成为四变量逻辑函数。），，，，（），，，，，（），，，，，（），，，，，，，（15141311715129630151411107615149854324321mmmmYYYY【解】2.选用16×4位ROM，画存储矩阵连线图Y012344567891011121314151111存或储门矩阵阵列址与译门码阵器列地ABCDmmmmmmmmmmmmmmmm1Y2YY3((((图8.2—7例8.2—2ROM存储矩阵连线图），，，，（），，，，，（），，，，，（），，，，，，，（15141311715129630151411107615149854324321mmmmYYYY四．常用的EPROM举例——2764AAAAAAAAAAA012345678910AA1112OOOOO0O12O345O6722321242534567898kB×8276410VPP127PGM(PGM)VCCVIH20CSOECSOE221112131415161718地址输入数据据输出标准28脚双列直插EPROM2764逻辑符号VVppccCEPGMAADD12007~~地2764AA120~DD7~CE0PGMVppccV引脚功能地址输入芯片使能编程脉冲电压输入数据Intel2764EPROM的外形和引脚信号（1）字长的扩展。（现有型号的EPROM，输出多为8位。）如图所示是将两片2764扩展成8k×16位EPROM的连线图。............AAOOOCSOE00127............AAOOOCSOE00127CSOEA0A12~70DD815~D~D13131388地址总线数据总线8kB×88kB×827642764UU12五．ROM容量的扩展（2）字数扩展。用8片2764扩展成64k×8位EPROM............AAOOOCSOE00127OE0AA12~DD~70O..0..........120A7OOEACSOO..0..........120A7OOEACSO.....AAYYGG00A12G17....Y127642764276474LS138U1U2U8+5VAAA1314152A2B131313138888地址总线数据总线