第七章半導體存儲器第七章半導體存儲器7.1概述能存儲大量二值信息的器件一、一般結構形式輸入/出電路I/O輸入/出控制1單元數龐大2輸入/輸出引腳數目有限二、分類1、從存/取功能分：①只讀存儲器(Read-Only-Memory）②隨機讀/寫（Random-Access-Memory）2、從工藝分：①雙極型②MOS型7.2ROM7.2.1掩模ROM一、結構二、舉例地址數據A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0~An-1W0W(2n-1)D0Dm交點有二極管表示存1，沒有表示存0。輸出信號表達式與門陣列輸出表達式：或門陣列輸出表達式：兩個概念：存儲矩陣的每個交叉點是一個“存儲單元”，存儲單元中有器件存入“1”，無器件存入“0”存儲器的容量：“字數×位數”掩模ROM的特點：出廠時已經固定，不能更改，適合大量生產簡單，便宜，非易失性7.2.2可編程ROM（PROM）總體結構與掩模ROM一樣，但存儲單元不同7.2.2可編程ROM（PROM）總體結構與掩模ROM一樣，但存儲單元不同AW：寫入放大器AR：讀出放大器寫入時，要使用編程器。字線（D）接編程脈沖（20V），DZ導通，AW輸出低，輸出低電平，使熔絲熔斷。讀出時，AR輸出的高電平不足以使DZ導通。7.2.3可擦除的可編程ROM（EPROM）總體結構與掩模ROM一樣，但存儲單元不同

EPROME2PROM一、用紫外線擦除的PROM（UVEPROM）輸入地址的高4位（A7~A4）加到行地址譯碼器上，從16行存儲單元中選出要讀的一行。輸入地址的低4位（A3~A0）加到列地址譯碼器上，再從選中的一行存儲單元中選出要讀的一位。SIMOS管二、電可擦除的可編程ROM（E2PROM）總體結構與掩模ROM一樣，但存儲單元不同N溝道增強型控制珊浮置珊浮置珊與漏區之間有一個極薄的氧化層選通管(N管)，提高擦、寫可靠性并保護隧道區的超薄氧化層存儲管讀出狀態擦除（寫1）狀態寫入（寫0）狀態三、快閃存儲器（FlashMemory）為提高集成度，省去T2（選通管）改用疊柵MOS管（類似SIMOS管）浮置珊與襯底之間有一個極薄的氧化層快閃存儲器存儲單元7.3隨機存儲器RAM7.3.1靜態隨機存儲器（SRAM）一、結構與工作原理輸入0，寫操作；輸入1，讀操作。輸入0，正常工作；輸入1，輸出高阻。由許多存儲單元構成1024×4位RAM2114結構框圖行號列號64×64列地址譯碼器每次選中每行的4位A9一種簡單的讀/寫控制電路當選片信號CS＝1時，G5、G4輸出為0，三態門G1、G2、G3均處于高阻狀態，輸入/輸出（I/O）端與存儲器內部完全隔離，存儲器禁止讀/寫操作，即不工作；當CS＝0時，芯片被選通：當＝1時，G5輸出高電平，G3被打開，于是被選中的單元所存儲的數據出現在I/O端，存儲器執行讀操作；當＝0時，G4輸出高電平，G1、G2被打開，此時加在I/O端的數據以互補的形式出現在內部數據線上，存儲器執行寫操作。二、SRAM的存儲單元六管N溝道增強型MOS管T1、T2構成反相器T3、T4構成另一反相器T1～T4構成RS鎖存器。T1導通、T3截止為0狀態，T3導通、T1截止為1狀態。

只有當存儲單元所在的行、列對應的Xi、Yi線均為1時，該單元才與數據線接通，才能對它進行讀或寫，這種情況稱為選中狀態。

存儲單元所在的行和列同時被選中后，Xi=1，Yj=1，T5~T8均導通。Q和Bj相連，和相連。如＝0、＝1，則A1通，A2和A3截止，Q經A送到I/O端實現數據讀出。如＝1、＝0，則A1截止，A2和A3通，I/O上的數據寫入存儲單元。7.3.2*動態隨機存儲器（DRAM） 動態存儲單元是利用MOS管柵極電容可以存儲電荷的原理四管、三管動態MOS存儲單元：外圍控制電路簡單，讀出信號較大，但存儲電路本身結構較復雜，不利于集成化。單管動態MOS存儲單元：外圍控制電路較復雜，但存儲電路本身結構簡單，有利于集成化，目前廣為應用。7.4存儲器容量的擴展7.4.1位擴展方式適用于每片RAM,ROM字數夠用而位數不夠時接法：將各片的地址線、讀寫線、片選線并聯即可例：用八片1024x1位→1024x8位的RAM7.4.2字擴展方式適用于每片RAM,ROM位數夠用而字數不夠時1024x8RAM例：用四片256x8位→1024x8位RAM000111011011101101111110000111011011101101111110另一種實現方法例2已知44位RAM如圖所示。將他們擴展為88位RAM。求需要幾片44位RAM畫出電路圖7.5用存儲器實現組合邏輯函數一、基本原理從ROM的數據表可見： 若以地址線為輸入變量，則數據線即為一組關于地址變量的邏輯函數地址數據A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0~An-1W0W(2n-1)字線位線三態門每個輸出代碼稱為一個“字”二、舉例

1.用ROM設計一個八段字符顯示的譯碼器2.用ROM產生如下一組多輸出邏輯函數ROM點陣圖例試用ROM構成能實現函數y=x2的運算表電路，x的取值范圍為0～15的正整數。解：(1)分析要求、設定變量自變量x的取值范圍為0～15的正整數，對應的4位二進制正整數，用B=B3B2B1B0表示。根據y=x2的運算關系，可求出y的最大值是152＝225，可以用8位二進制數Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。(2)列真值表—函數運算表

B3

B2

B1

B0

Y7

Y6

Y5

Y4

Y3

Y2

Y1

Y0十進制數0000000000000000100000001100100000010040011000010019010000010000160101000110012501100010010036011100110001491000010000006410010101000181101001100100100101101111001121110010010000144110110101001169111011000100196111111100001225(3)寫標準與或表達式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(4)畫ROM存儲矩陣節點連接圖

為做圖方便，可將ROM矩陣中的二極管用節點表示。常用ROM和RAM舉例標準28腳雙列直插EPROM27642K×8位靜態CMOSRAM6116編程時，PGM引腳接低電平，VPP引腳接高電平（編程電平+25V），數據由數據總線輸入。

本章小結1．半導體存儲器是現代數字系統特別是計算機系統中的重要組成部件，它可分為RAM和ROM兩大類，絕大多數屬于MOS工藝制成的大規模數字集成電路。2．RAM是一種時序邏輯電路，具有記憶功能。其它存儲的數據隨電源斷電而消失，因此是一種易失性的讀寫存儲器。它包含有SRAM和DRAM兩種類型，前者用觸發器記憶數據，后者靠MOS管柵極電容存儲數據。因此，在不停電的情況下，SRAM的數據可以長久保持，而DRAM則必需定期刷新。3．ROM是一種非易失性的存儲器，它存儲的是固定數據，一般只能被讀出。根據數據寫入方式的不同，ROM又