1、數(shù)字電子技術基礎，湘潭大學信息工程學院吳亞蓮編著，7.1概述7.2只讀存儲器7.3隨機存取存儲器7.4存儲容量的擴展7.5帶存儲器的組合邏輯功能的實現(xiàn)，第7章半導體存儲器，執(zhí)行摘要，本章系統(tǒng)地介紹了各種半導體存儲器的工作原理和應用。主要內容如下：1 .每種存儲器的基本工作原理、分類和特點；2.擴展內存容量的方法；3.帶記憶的組合邏輯電路的設計原理和方法?？傊?，半導體存儲器是能夠存儲二進制信息(0，1)的半導體器件，屬于大規(guī)模集成電路，是進一步提高數(shù)字系統(tǒng)功能的重要組成部分。內存的重要指標：存儲容量和訪問速度。結構特征：一個地址被分配給每個存儲單元，并且只有那些由輸入地址碼指定的單元可以連接到公

2、共輸入/輸出引腳用于數(shù)據(jù)讀取和寫入。半導體存儲器按制造工藝可分為： (1)雙極存儲器(2)金屬氧化物半導體存儲器。鑒于金屬氧化物半導體電路低功耗和高集成度的優(yōu)點，目前大容量存儲器是用金屬氧化物半導體工藝制造的。(2)隨機存取存儲器，(1)只讀存儲器，半導體存儲器可分為：(7)只讀存儲器，它只能在正常工作條件下讀取數(shù)據(jù)，但不能快速修改或寫入數(shù)據(jù)。優(yōu)點：電路結構簡單，斷電數(shù)據(jù)不會丟失。7。2只讀存儲器，7。2.1屏蔽只讀存儲器。只讀存儲器的電路結構主要由地址解碼器、存儲矩陣和輸出緩沖器組成。圖7.2.1只讀存儲器的電路結構框圖，圖7.2.2二極管只讀存儲器的電路結構圖，a1a0，a1a0，A1A0

3、、A1A0、A1、A0、EN，假設：a1a0，a1a0，a1a0，a1，a0，A1A0，A1A0，A1A0，A1A0，A1，A0，A1a0、a1，A0，D3，D2，D1，d0，-VCC，翻譯，代碼，器件，EN，圖7.2.3是使用金屬氧化物半導體晶體管的只讀存儲器矩陣：當字線和位線的交叉點有金屬氧化物半導體晶體管時，相當于存儲1，當沒有金屬氧化物半導體晶體管時，相當于存儲0。7.2.2可編程只讀存儲器(PROM)是一種可編程只讀存儲器，出廠時存儲所有“1”。用戶可以根據(jù)需要將一些單元格重寫為“0”，但只能重寫一次，這就是所謂的可編程只讀存儲器。如果保險絲燒斷，電池將變?yōu)椤?”。顯然，一旦燒毀，就

4、無法挽回。圖7.2.4熔絲型可編程只讀存儲器(PROM)、7.2.3可擦除可編程只讀存儲器(e PROM)、EPROM:紫外可擦除可編程只讀存儲器(縮寫為uveprom)、e2prom3360電可擦除可編程只讀存儲器(e2prom)、閃存(Flash Memory)、1)存儲單元堆疊柵金屬氧化物半導體晶體管(SIMOS)，原理：寫入數(shù)據(jù)前：浮柵無電子，SIMOS管與普通金屬氧化物半導體管相同，導通電壓為VT；當寫入數(shù)據(jù)時，應該在漏極和柵極之間施加足夠高的電壓(例如，25V)，以反向擊穿漏極和襯底之間的PN結，從而產生大量高能電子。這些電子通過氧化物絕緣層聚集在浮柵上，這使得浮柵帶負電。在浮動柵

5、極有電子之后，控制柵極需要施加更多的正電壓來打開管，并且打開電壓是VT。1。EPROM:紫外線可擦除只讀存儲器，1。EPROM:當擦除時，用紫外光照射透明的應時蓋板1020分鐘，浮柵上的電子形成光電流并放電，其中的所有數(shù)據(jù)將被擦除，此時，所需數(shù)據(jù)可由專門的編程人員寫入。由于浮柵被絕緣二氧化硅包圍，浮柵上的電荷沒有放電電路，信息不會丟失。這些儲存的信息可以安全地保存20年以上，但是為了防止正常日光下的紫外線輻射，在應時的窗戶上貼了一張黑色的紙。2.E2PROM:電可擦可編程只讀存儲器是在電子順磁共振的基礎上發(fā)展起來的，上電時可以按字節(jié)擦除和重寫，也可以直接在機器上擦除和重寫，方便靈活。E2PRO

6、M的內部電路類似于EPROM電路，SIMOS中的結構已經(jīng)過調整。浮柵延伸區(qū)和漏極區(qū)之間的薄絕緣層相當于一個隧道二極管(見圖7.2.10)，這種金屬氧化物半導體管也稱為隧道金屬氧化物半導體管。E2PROM不需要紫外光激發(fā)放電，也就是說，擦除和編程只需通電即可完成，寫入電流非常小。原理：利用浮柵是否積累負電荷來存儲數(shù)據(jù)。在d和g直流電壓的作用下，漏極電荷通過二極管流向浮柵，使管導通；如果對D和G施加反向電壓，浮柵上的電荷將流回漏極，起到擦除作用。擦除電壓與工作電壓相同。它是20世紀80年代末推出的一種新型存儲芯片，它的主要特點是在斷電的情況下可以長時間保存信息，并且它是非易失性的，看起來像只讀存儲

7、器；原則上；但它可以在線快速擦除和重寫，其功能類似于隨機存取存儲器，因此它具有E2PROM和靜態(tài)隨機存取存儲器的優(yōu)點。3.閃存，內部電路類似于電子順磁共振電路，并在結構上進行了調整。原理：利用浮柵是否積累負電荷來存儲數(shù)據(jù)。寫入數(shù)據(jù)與電子順磁共振相同；擦除數(shù)據(jù)，向源極施加正電壓以使浮柵放電，并按扇區(qū)擦除。閃存有單片機應用和固態(tài)硬盤應用，固態(tài)硬盤分為兩種類型：卡型和磁盤型。閃存卡用于移動計算機，如數(shù)碼相機、手機、光盤等。閃存固態(tài)硬盤，用于在惡劣環(huán)境下替換硬盤。讀取速度快(約100納秒)，功耗低，目前重寫次數(shù)高達100萬次，價格接近EPROM。存儲容量從幾十千字節(jié)到幾十兆字節(jié)不等。體積小，可靠性高，

8、內部無運動部件，無噪音，抗震能力強。它是小型硬盤的替代品。7.3隨機存取存儲器，也稱為讀寫存儲器。隨機存取存儲器的特點是，它可以在任何時間從存儲器的任何指定地址讀取數(shù)據(jù)，并在操作期間的任何時間將數(shù)據(jù)寫入任何指定的存儲單元。按照存儲機制，主要分為靜態(tài)內存和動態(tài)內存；靜態(tài)和動態(tài)隨機存取存儲器是易失性存儲器，當電源電壓中斷時，存儲的內容會丟失。7。3.1靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)，(1)存儲器矩陣：存儲器容量=字長，例如具有4096個存儲單元的10244存儲器。它可以被設計成6464的矩陣。(2)地址解碼：存儲單元中的每個字都有一個唯一的地址，地址解碼器用于選擇地址。在大容量存儲器中，一般采用雙

9、解碼結構：行地址解碼器和列地址解碼器，存儲器容量是指每個存儲芯片可以存儲的二進制數(shù)的位數(shù)。行地址解碼器，行選擇線，列地址解碼器，列選擇線，1024 4(64 16 4)存儲器的地址線：6行地址線：(A8A7A6A5A4A3)，4列地址線： (A9A2A1A0)，解碼產生64行選擇線，解碼產生16列選擇線，例如A9A8，圖7 . 3 . 2 1024 4位隨機存取存儲器(2114)的框圖，2。靜態(tài)存儲單元：1。介紹了靜態(tài)ram存儲單元：的工作原理。增強型NMOS晶體管T1和T2、T3和T4構成ba靜態(tài)隨機存儲器的特點是數(shù)據(jù)由觸發(fā)器存儲！1、T5和T6是柵極控制，它們由字線W1、Wi1、W3打開或

10、關閉，否則，它們被關閉。兩管導通；當門控管T5和T6打開時，可以執(zhí)行“讀取”或“寫入”。1、Wi、D、I/O、R/W、1、2、3、T2、T3、T4、T5、T6、T1、字線、數(shù)據(jù)線、R/W控制功能：當門2處于高阻抗狀態(tài)時，0、三態(tài)門1和3打開，0、0，以便I/O信號可以通過發(fā)送到數(shù)據(jù)線，D，D，I/O，R/W，1，2，3，T2，T3，T4，T5，T6，T1，字線，數(shù)據(jù)線，R/W的控制功能：門1和3處于高阻抗狀態(tài)，1，門2打開，1，數(shù)據(jù)線上的信號被1、*7.3.2動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，為了減少MOS管的數(shù)量、提高集成度和降低功耗，出現(xiàn)了動態(tài)隨機存取存儲器器件。常見的動態(tài)隨機存取存儲器單元

11、包括三管和單管動態(tài)存儲電路。見圖7.3.7和圖7.3.8。在動態(tài)隨機存儲器中存儲數(shù)據(jù)的原理是基于金屬氧化物半導體管柵電容的電荷存儲效應。也就是說，信息的存儲依賴于電容器，并且因為電容器將逐漸放電，所以有必要不斷地讀取和重寫動態(tài)隨機存取存儲器，這被稱為刷新。靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)的存儲電路基于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，具有穩(wěn)定的狀態(tài)，只要不掉電，信息不會丟失，但集成度低。動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)，存儲單元電路是基于電容的，電路簡單，集成度高，功耗低，并且由于電容泄漏需要定期刷新。小結，7.4內存容量擴展，(1K4)，(2K8)，7.4.1位擴展模式，使用兩片2114(1024 4)形成1024 8

12、，只要地址線和控制線并聯(lián)，實現(xiàn)這個目標的方法非常簡單，示例性布線如下：7.4。(2)要訪問RAM2114，只需要10條地址線，還有兩條地址線；(3)嘗試使用剩余的兩條地址線來控制2114的四個芯片選擇端子。以10244 (4塊2114)構成40964為例，介紹了這類問題的解決方法。4096 4的存儲容量由4塊隨機存取存儲器2114、A11、A10、所選的塊號、相應的存儲單元地址、00、11、10、01、2114 (1)、2114 (2)、2114 (3)、2114 (4)、00 00000000 3072、4095、CS、R/W、A9、A0、D2、D1、D0、D3、CS、R/W、A9、 并且數(shù)據(jù)輸出的每一位都是幾個最小項的和，因此任何形式的組合邏輯功能都可以通過將相應的數(shù)據(jù)寫入只讀存儲器來實現(xiàn)。 例如，左表是只讀存儲器的數(shù)據(jù)表。如果地址輸入A1和A0被視為輸入變量B和A，輸出數(shù)據(jù)D3、D2、D1和D0被視為輸出變量Y3、Y2、Y1和Y0，則只讀存儲器實現(xiàn)一組雙變量多輸出組合邏輯功能。例7.5.1試只讀存儲器設計一個八段字符顯示解碼