96第七章 半导体存储器

第七章半导体存储器7.2只读存储器（ROM）RAM的基本结构RAM的存储单元RAM的容量扩展RAM的芯片介绍ROM的分类ROM的结构及工作原理ROM的应用ROM的容量扩展7.1随机存取存储器（RAM）存储器——用以存储二进制信息的器件。半导体存储器的分类：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。存储器的容量：存储器的容量=字长（n）×字数（m）存储器的基本概念一．RAM的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。7.1随机存取存储器（RAM）存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出······1.存储矩阵图中，1024个字排列成32×32的矩阵。为了存取方便，给它们编上号。32行编号为X0、X1、…、X31，32列编号为Y0、Y1、…、Y31。这样每一个存储单元都有了一个固定的编号，称为地址。000001111313113131310131列译码器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......XXXYYY01310131AAAAA地址输入地址输入56789DD数据线....2AA3A01A4A2．地址译码器——将寄存器地址对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。例如，输入地址码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001，则行选线X1＝1、列选线Y0＝1，选中第X1行第Y0列的那个存储单元。000001111313113131310131列译码器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......XXXYYY01310131AAAAA地址输入地址输入56789DD数据线....2AA3A01A4A采用双译码结构。行地址译码器：5输入32输出，输入为A0、A1、…、A4，输出为X0、X1、…、X31；列地址译码器：5输入32输出，输入为A5、A6、…、A9，输出为Y0、Y1、…、Y31，这样共有10条地址线。VV8T7T6T5TT线4位据（列选择线）D3线1TiY（行选择线）jB数TXTDDG2D线位B数线据3．RAM的存储单元例：六管NMOS静态存储单元存储单元（1）写入过程：例如写入“1”（2）读出过程：例如读出“1”T1、T2为NMOS非门，T3、T4也为NMOS非门，两个非门交叉连接组成基本触发器存储数据。T5、T6为门控管。T7、T8是每一列共用的门控管。1100010110&&GGGCSR/W3451GDDI/OG24.片选及输入/输出控制电路当选片信号CS＝1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3均处于高阻状态，I/O端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作。当CS＝0时，芯片被选通：当R/W＝1时，G5输出高电平，G3被打开，被选中的单元所存储的数据出现在I/O端，存储器执行读操作；当R/W＝0时，G4输出高电平，G1、G2被打开，此时加在I/O端的数据以互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。二.RAM的工作时序（以写入过程为例）tWC写入单元的地址ADDtWPCSR/WI/O写入数据AStWRtDWtDHt写入操作过程如下：（1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端；（2）加入有效的选片信号CS；（3）将待写入的数据加到数据输入端。（3）在R/W线上加低电平，进入写工作状态；（4）让选片信号CS无效，I/O端呈高阻态。三．RAM的容量扩展1．位扩展用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。1024×1RAMAAAR/WCS01...I/OI/O...1024×1RAMAAAR/WCS01...I/OI/O1024×1RAMAAAR/WCS019...I/OI/O...AA01017999ACSR/W2．字扩展..ACYYGG0BG17....Y174LS138+5VA122A2B1024×8RAMAAAR/WCS01...I/O...1024×8RAMAAAR/WCS01...I/O1024×8RAMAAAR/WCS019...I/OAA01R/W017999A0I/O0I/O0I/OI/O1I/O1I/O17I/O7I/O7I/O...............A11A10例：用8片1K×8位RAM构成的8K×8位RAM。四、RAM芯片简介(6116)1234567891011121314151617181920212223246116765432112AAAAAAADD00ADVAAWEOECSDDDDDADD891076543GND6116为2K×8位的静态CMOSRAM100CS片选×0×OE输出使能×10WE读/写控制×稳定稳定A0～A10地址码输入高阻态输出输入D0～D7输出工作模式低功耗维持读写6116的功能表A0～A10是地址码输入端，D0～D7是数据输出端，CS是选片端，OE是输出使能端，WE是读写控制端。（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。7.2只读存储器(ROM)一．ROM的分类按照数据写入方式特点不同，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。（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。（5）快闪存储器（FlashMemory）。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）。二．ROM的结构及工作原理输1AA器...地入址译0n－1地码址A...i单元n2－1b－1...1D......WWi0单元Dn...1位线...2－1输出数据DW...001单元单元W存储单元字线1.ROM的内部结构由地址译码器和存储矩阵组成。2.ROM的基本工作原理：由地址译码器和或门存储矩阵组成。例：存储容量为4×4的ROMROM真值表A0AW0W3W2W11地址译码器D32DD≥11≥10D≥1≥1地址存储内容A1A0D3D2D1D0000110110101101001111110二极管固定ROM举例（1）电路组成：.............................ENDENENDDDEN.DDDD00112233输出缓冲器位线字线与门阵列（译码器）EN..1A（编码器）....或0..1..A1.阵1CC门.1WV列.由二极管与门和或门构成。与门阵列组成译码器，或门阵列构成存储阵列。（2）输出信号表达式与门阵列输出表达式：或门阵列输出表达式：010AAW011AAW012AAW013AAW200WWD32113202313WWD.............................ENDENENDDDEN.DDDD00112233输出缓冲器位线字线与门阵列（译码器）EN..1A（编码器）....或0..1..A1.阵1CC门.1WV列.（3）ROM存储内容的真值表与门阵列输出表达式：010AAW011AAW012AAW013AAW或门阵列输出表达式：200WWD32113202313WWD地址存储内容A1A0D3D2D1D00001101101011010011111101.作函数运算表电路【例7.2—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。三．ROM的应用【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）列真值表00000000000000010000010000001001000100000001100100100100001100010100000001010001011001000111100110010000100110011100010011100001Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0输出0149162536496481100121144169196225对应十进制数0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111B3B2B1B0输入例7.2—1真值表Y7=m12+m13+m14+m15（3）写标准与或表达式Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y3=m3+m5+m11+m13Y1=0Y2=m2+m6+m10+m14(4)画ROM存储矩阵结点连接图为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。Y0=m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15B13B12B11B10m0W0)()(11mWW23WW4W56WW78W9WW10W11W12W1314WW15或门阵列阵矩取存（）址门（码）地阵器列与译Y76YY5Y4Y3Y2Y10Y【解】（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、Y4扩展成为四变量逻辑函数。2.实现任意组合逻辑函数【例7.2—2】试用ROM实现下列函数：ABCCBACBACBAY1CABCY2ABCDDCABDCBADBCACDBADCBAY3BCDACDABDABCY4），，，，（），，，，，（），，，，，（），，，，，，，（15141311715129630151411107615149854324321mmmmYYYY（2）选用16×4位ROM，画存储矩阵连线图：与）取列)1存门107(码门91)0m41（(01123WYYY14WYW11址或WW13W643W1512WW阵521译器）阵地矩列（阵W8CDAB四．EPROM举例——2764VVppccCEPGMAADD12007~~地2764AAAAAAAAAAA012345678910AA1112OOOOO0O12O345O6722321242534567898kB×8276410VPP127PGM(PGM)VCCVIH20CSOECSOE221112131415161718地址输入数据据输出AA120~DD7~CE0PGMVppccV引脚功能地址输入芯片使能编程脉冲电压输入数据五.ROM容量的扩展（1）字长的扩展（位扩展）现有型号的EPROM，输出多为8位。下图是将两片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例：用8片2764扩展成64k×8位的EPROM：（2）字数扩展（地址码扩展）............AAOOOCSOE00127OE0AA12~DD~70O..0..........120A7OOEACSOO..0