半導體存儲器9.1

概述

主要要求：

了解半導體存儲器的作用、類型與特點。例如計算機中的自檢程序、初始化程序便是固化在ROM中的。計算機接通電源后，首先運行它，對計算機硬件系統進行自檢和初始化，自檢通過后，裝入操作系統，計算機才能正常工作。二、半導體存儲器的類型與特點只讀存儲器(ROM，

即Read-OnlyMemory)隨機存取存儲器(RAM，

即RandomAccessMemory)

RAM既能讀出信息又能寫入信息。它用于存放需經常改變的信息，斷電后其數據將丟失。常用于存放臨時性數據或中間結果。例如計算機內存就是RAM

ROM

在工作時只能讀出信息而不能寫入信息。它用于存放固定不變的信息，斷電后其數據不會丟失。常用于存放程序、常數、表格等。

一、半導體存儲器的作用

存放二值數據

主要要求：

了解ROM的類型和結構，理解其工作原理。了解集成EPROM的使用。理解字、位、存儲容量等概念。9.2

只讀存儲器按數據寫入方式不同分掩模ROM可編程ROM(Programmable

ROM，簡稱PROM)可擦除PROM(Erasable

PROM，簡稱EPROM)

電可擦除EPROM(Electrically

EPROM，簡稱E2PROM)一、ROM的類型及其特點

寫入的數據可電擦除，用戶可以多次改寫存儲的數據。使用方便。其存儲數據在制造時確定，用戶不能改變。用于批量大的產品。其存儲數據由用戶寫入。但只能寫一次。寫入的數據可用紫外線擦除，用戶可以多次改寫存儲的數據。二、ROM的結構和工作原理44二極管ROM的結構和工作原理動畫演示(一)

存儲矩陣

由存儲單元按字(Word)和位(Bit)構成的距陣

由存儲距陣、地址譯碼器(和讀出電路)組成4

4存儲矩陣結構示意圖

W3W2W1W0D3D2D1D0字線位線字線與位線的交叉點即為存儲單元。

每個存儲單元可以存儲1位二進制數。

交叉處的圓點“”表示存儲“1”；交叉處無圓點表示存儲“0”。當某字線被選中時，相應存儲單元數據從位線D3~D0

輸出。

單擊鼠標請看演示

1

0

1

11

0

1

1從位線輸出的每組二進制代碼稱為一個字。一個字中含有的存儲單元數稱為字長，即字長=位數。W31.存儲矩陣的結構與工作原理

用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220。2.存儲容量及其表示

指存儲器中存儲單元的數量例如，一個32

8的ROM，表示它有32個字，

字長為8位，存儲容量是32

8=256。

對于大容量的ROM

常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210

；例如，一個64K

8的ROM，表示它有64K個字，

字長為8位，存儲容量是64K

8=512K。

一般用“字數

字長(即位數)”表示3.存儲單元結構

(1)

固定ROM的存儲單元結構

二極管ROM

TTL-ROM

MOS-ROM

Wi

Dj

Wi

Dj

VCC

Wi

Dj

+VDD

1接半導體管后成為儲1單元；若不接半導體管，則為儲0單元。(2)PROM的存儲單元結構

PROM出廠時，全部熔絲都連通，存儲單元的內容為

全1(或全0)。用戶可借助編程工具將某些單元改寫為0

(或1),這只要將需儲0(或1)單元的熔絲燒斷即可。熔絲燒斷后不可恢復，因此PROM只能一次編程。

二極管ROM

TTL-ROM

MOS-ROM

Wi

Dj

Wi

Dj

VCC

Wi

Dj

+VDD

1熔絲熔絲熔絲(3)

可擦除PROM的存儲單元結構

EPROM利用編程器寫入數據，用紫外線擦除數據。其集成芯片上有一個石英窗口供紫外線擦除之用。芯片寫入數據后，必須用不透光膠紙將石英窗口密封，以免破壞芯片內信息。

E2PROM可以電擦除數據，并且能擦除與寫入一次完成，性能更優越。用一個特殊的浮柵MOS管替代熔絲。剛才介紹了ROM中的存儲距陣，下面將學習ROM中的地址譯碼器。(二)

地址譯碼器從ROM中讀出哪個字由地址碼決定。地址譯碼器的作用是：根據輸入地址碼選中相應的字線，使該字內容通過位線輸出。

例如，某ROM有4位地址碼，則可選擇24=16個字。

設輸入地址碼為1010，則字線W10

被選中，該

字內容通過位線輸出。存儲矩陣中存儲單元的編址方式單譯碼編址方式雙譯碼編址方式適用于小容量存儲器。適用于大容量存儲器。

又稱單譯碼編址方式或單地址尋址方式D1≈D7≈地址譯碼器0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0≈…………單地址譯碼方式32

8存儲器的結構圖1.單地址譯碼方式一個n

位地址碼的ROM有2n

個字，對應2n

根字線，選中字線Wi

就選中了該字的所有位。

32

8存儲矩陣排成32行8列，每一行對應一個字，每一列對應32個字的同一位。32個字需要5根地址輸入線。當A4~A0

給出一個地址信號時，便可選中相應字的所有存儲單元。例如，當A4~A0=00000時，選中字線W0，可將(0，0)~(0，7)

這8個基本存儲單元的內容同時讀出。

基本單元為存儲單元A5≈A7≈行地址譯碼器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4≈………雙地址譯碼方式256字存儲器的結構圖A2列

地

址

譯

碼

器A6Y1Y15Y0又稱雙譯碼編址方式或雙地址尋址方式地址碼分成行地址碼和列地址碼兩組2.雙地址譯碼方式基本單元

為字單元例如當

A7~A0=00001111時，X15

和Y0

地址線均

為高電平，字W15被選中，其存儲內容被讀出。若采用單地址譯碼方式，則需256根內部地址線。

256字存儲器需要8根地址線，分為A7~A4

和A3~A0兩組。A3~A0

送入行地址譯碼器，產生16根行地址線(Xi)；A7~A4送入列地址譯碼器，產生16根列地址線(Yi)。存儲矩陣中的某個字能否被選中，由行、列地址線共同決定。三、集成

EPROM舉例27系列EPROM是最常用的EPROM，型號從2716、2732、2764一直到27C040。存儲容量分別為2K

8、4K

8一直到512K

8。下面以Intel2716為例，介紹其功能及使用方法。VCCIntel2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413

A10~A0

為地址碼輸入端。

D7~D0

為數據線，工作時為數據輸出端，編程時為寫入數據輸入端。

VCC

和GND：+5V工作電源和地。

VPP

為編程高電平輸入端。編程時加+25V

電壓，工作時加+5V

電壓。

(一)

引腳圖及其功能

CS

有兩種功能：

(1)工作時為片選使能端，低電

平有效。CS=0時，芯片被

選中，處于工作狀態。

(2)編程時為編程脈沖輸入端。

OE為允許數據輸出端，低電平有效。OE=0時，允許讀出數據；OE=1時，不能讀出數據。存儲容量為2K字

(二)由CS、OE

和VPP

的不同狀態，確定

2716的下列5種工作方式(1)讀方式：當CS=0、OE=0，并有地址碼輸入時，

從D7~D0

讀出該地址單元的數據。(2)維持方式：當CS=1

時，數據輸出端D7~D0

呈高阻隔離態，此時芯片處于維持狀態，電源電流下降到維持電流27mA以下。(3)編程方式：OE=1，在VPP

加入25V

編程電壓，在地址線上輸入單元地址，數據線上輸入要寫入的數據后，在CS

端送入50ms寬的編程正脈沖，數據就被寫入到由地址碼確定的存儲單元中。(4)

編程禁止：在編程方式下，如果CS

端不送入編程正脈沖，而保持低電平，則芯片不能被編程，此時為編程禁止方式，數據端為高阻隔離態。(5)

編程檢驗：當VPP=+25V，CS

和OE

均為有效電平時，送入地址碼，可以讀出相應存儲單元中的數據，以便檢驗。

下面將根據二極管

ROM的結構圖加以說明

(已編程二極管

PROM的結構與之同理)

：

四、用PROM實現組合邏輯函數1.為什么用PROM能實現組合邏輯函數？

D3D2D1D04×4二極管ROM結構圖

地址譯碼器A1A0地址碼

輸入字線信號位線輸出信號D3D2D1D04

4二極管ROM結構圖

地址譯碼器A1A0地址碼

輸入字線信號位線輸出信號

地址譯碼器能譯出地址碼的全部最小項

圖中當A1A0=11時，只有W3=1，而W0、W1、W2=0，

即譯出最小項m3；

當A1A0=10時，只有W2=1，而W0、W1、W3=0，

即譯出最小項m2；其余類推。存儲矩陣構成或門陣列

圖中

D3=m3+m2+m0D2=m2+m1

D1=m3+m0

D0=m3+m2

由于PROM的地址譯碼器能譯出地址碼的全部最小項，而PROM的存儲矩陣構成了可編程或門陣列，因此，通過編程可從PROM的位線輸出端得到任意標準與-

或式。由于所有組合邏輯函數均可用標準與-

或式表示，故理論上可用PROM實現任意組合邏輯函數。

1.為什么用PROM能實現組合邏輯函數？

五、用PROM實現組合邏輯函數

為了便于用PROM實現組合邏輯函數，首先需要理解PROM結構的習慣畫法。2.PROM結構的習慣畫法AB與門和或門的習慣畫法CY&ABCY≥1ABCY&ABCY≥1A1A0地址譯碼器(為與陣列)D3D2D1D0W3W2W1W0&A1A0=m3A1A0=m2A1A0=m1A1A0=m01存儲矩陣(為或陣列)1&&&A1地址譯碼器(為與陣列)W3W2W1W0D3=m3+m2+m0D3=m2+m1D3=m3+m0D3=m3+m2

&1&&&1A0

m3

m2

m1

m0≥1≥1≥1≥1存儲矩陣(為或陣列)

PROM結構的習慣畫法3.怎樣用PROM實現組合邏輯函數？[例]

試用PROM實現下列邏輯函數解：(1)

將函數化為標準與-

或式(2)

確定存儲單元內容由函數Y1、Y2

的標準與-

或式知：與Y1

相應的存儲單元中，字線W1、W4、W5、W6

對應的存儲單元應為1；對應m1、m4、m5、m6與Y2

相應的存儲單元中，字線W3、W5、W6、W7

對應的存儲單元應為1。(3)

畫出用PROM實現的邏輯圖A1≥1B1C1&&&&&&&&≥1m0m1m2m3m4m5m6m7地址譯碼器Y1Y2主要要求：

了解RAM的類型、結構和工作原理。了解集成RAM的使用。了解RAM和ROM的異同。9.3隨機存取存儲器

了解RAM的擴展方法。一、RAM的結構、類型和工作原理地址譯碼器存儲矩陣讀/寫控制電路2n

mRAM的結構圖

A0A0An-1………I/O0I/O1I/Om-1R/WCSRAM與ROM的比較

相同處

★

都含有地址譯碼器和存儲矩陣

★

尋址原理相同

相異處

★

ROM

的存儲矩陣是或陣列，是組合邏輯電路。

ROM工作時只能讀出不能寫入。掉電后數據

不會丟失。

★

RAM

的存儲矩陣由觸發器或動態存儲單元構

成，是時序邏輯電路。RAM工作時能讀出，

也能寫入。讀或寫由讀/寫控制電路進行控制。

RAM掉電后數據將丟失