第六章 半导体存储器
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《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
汇编语言设计-半导体存储器
I/O4∽1
1K4
数据线、读/写控制线并联,
A9∽0
由片选信号来区分各芯片的
CS WE
CS
地址范围。
I/O4∽1
1K4
A9∽0 CS WE
WR
当把容量较小的芯片组成容量较大的存储器时, 需要用 到地址译码器, 以便将地址码翻译成相应的控制信号, 且 用它去控制芯片的片选信号CS。 例如: 试用16K8位的SRAM芯片构成一个64KB的RAM 系统。
片经多次拔插后, 容易损坏管脚; 而且擦除后重写的次数
也是有限的, 多次的拔插降低了芯片的使用寿命。 E2PROM则是一种不需要从电路板上拔下, 而直接在线
用电信号进行擦除的EPROM芯片, 对它的编程也在线操
作,因此, 使用寿命长、改写操作步骤简单。 2、不挥发RAM-NV RAM NV RAM的性能同RAM类似, 但掉电后信息不会丢失(挥
第二节 读写存储器RAM
一、静态MOS RAM 1、基本存储电路 思考：静态MOS六管基本存储电路的结构特点及读写
工作原理。
2、RAM的组成原理(存储器的结构)
AA10 AN-1
•••
地址 译码器
•••
存储矩阵 2NM
•••
三态数据 缓冲器
•••
D0 D1 DM-1
R/W CS
控制逻辑
⑴、存储矩阵
数据线分别单独引出。
例:将1K4位的SRAM芯片组合成1KB的存储器。
分析:采用两块1K4位的RAM芯片,其中一片的数据线
与CPU数据线的低4位相连,另一块的数据线与数据总线
的高4位相连。如图示：
D0
说明：WE通常由CPU的WR
• •
信号控制;CS由地址译码控制。 •
存储器接口 (2)
地把双端口RAM看作是本地RAM一样进行访问，不 仅方便了软件设计,还大大地提高了系统的工作 效率。
二、半导体存储器的主要性能指标 主要从一下几方面考察： 1、存储容量 2、速度 3、功耗 4、集成度 5、可靠性
三、存储芯片的组成
1、地址译码器：接收来自CPU的N位地址信息， 经译码后产生2的N次方个地址选择信号对片内 寻址。
/CS=0,/OE=0时为读; /CS=0,/WE=0时为写。 /WE和/OE分别接CPU的/WR和/RD信号。
2、存储器与CPU数据总线的连接 根据存储器结构选择连接CPU的数据总线。
6.3 主存储器接口
主存储器的类型不同，则接口不同。以 EPROM、SRAM、DRAM为例分别介绍。
一、EPROM与CPU的接口 目前广泛使用的典型EPROM芯片有Intel公
（1）Tc=总容量/N×8/M＝128K/8K×8/8 ＝16片
（2）Tc＝128K/8K×16/8＝32片
6.2存储器接口技术
一、存储器接口中应考虑的问题
1、存储器与CPU的时序配合
几个问题： （1）什么是总线周期？（2）什么 是时钟周期？（3）什么是T状态？（4）如何实 现二者之间的时序配合？（5）设计产生等待信 号电路应注意那些问题？（见图6－3）
2、如何完成寻址功能？
要完成寻址功能必须具备两种选择：
（1）片选：即首先要从众多存储器中，选中要 进行数据传输的某一存储器芯片，称为片选。一 般由接口电路中的端口译码产生。
（2）字选：然后从该芯片内选择出某一存储单 元，称为字选。由存储器内部的译码电路完成。
3、片选控制的译码方法
常用方法有：线选法、全译码法、部分译码法、 混合译码法等。
或列出地址分配表； ③根据地址分配图或分配表确定译码方法并画出
第6章半导体存储器
（a）
图6-8
（b）
3．快闪存储器(Flash Memory)
而且浮置栅一源区间的电容要比浮置栅一控制栅间的电容小得多 。 当控制栅和源极间加上电压时,大部分电压都将降在浮置栅与源极 之间的电容上。 快闪存储器的存储单元就是用这样一只单管组成的，如图6-8(b)所 示。
（a）
图6-8
（b）
半导体存储器的技术指标
存取容量：表示存储器存放二进制信息的多少。二值 信息以字的形式出现。一个字包含若干位。一个字的 位数称做字长。
例如，16位构成一个字，那么该字的字长为16位。一个存储 单元只能存放一个一位二值代码，即只能存一个0或者一个1。 这样，要存储字长为16的一个字，就需要16个存储单元。若 存储器能够存储1024个字，就得有1024×16个存储单元。 通常，用存储器的存储单元个数表示存储器的存储容量，即 存储容量表示存储器存放二进制信息的多少。存储容量应表 示为字数乘以位数。 例如，某存储器能存储1024个字 ，每个字4位，那它的存储容 量就为1024×4=4096，即该存储器有4096个存储单元。 存储器写入（存）或者读出（取）时，每次只能写入或读出 一个字。若字长为8位，每次必须选中8个存储单元。 选中哪些存储单元，由地址译码器的输出来决定。即由地址 码来决定。地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的关系。 如果某存储器有十个地址输入端，那它就能存210=1024个字。
[例6-1]
[例6-1]
根据表6-2可以写出Y的表达式： Y7=∑（12，13，14，15） Y6=∑（8，9，10，11，14，15） Y5=∑（6，7，10，11，13，15） Y4=∑（4，5，7，9，11，12） Y3=∑（3，5，11，13） Y2=∑（2，6，10，14） Y1=0 Y0=∑（1，3，5，7，9，11，13，15 ） 根据上述表达式可画出ROM存储点阵如图6-9所示。
《半导体存储器》课件
04
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
第6章半导体存储器-PPT文档资料42页
6.2.1 静态随机存储器
1．电路结构
SRAM主要由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路三部分 组成。
地 址 A0 ~ Ai 输
行 地 址 译
入
码
存储矩阵
读
/
写
I/O
控
制
列地址译码
Ai+1 ~ An 地址输入
CS R /W
SRAM结构示意图
行
地 址 A0 ~ Ai
地 址
输
译
入
码
说明：
存储矩阵
读
/
2.单管动态MOS存储单元电路
字选线
V CS
位线D
CO输出电容
（数据线）
单管动态MOS存储单元
构成：
由一个NMOS管和存储电容器CS构成, CO是位线上 的分布电容(CO>>CS)。 显然，采用单管存储单元的 DRAM，其容量可以做得更大。
工作原理：
字选线
写入信息时，字线为高电平，V导通，位 线D上的数据经过V存入CS。
2作所．，经存到历完的储成时速该间度操作
的最小时间间隔
存储器的存储速度可以用两个时间参数表示 ： “存取时间”(Access Time) TA 和“存储周 期”(Memory Cycle)TMC ，存储周期TMC略大于存取时 间TA。
6.2随机存储器
随机存取存储器也称随机存储器或随机读/写存储器 （RANDOM - ACCESS MEMORY ），简称RAM。RAM工作 时可以随时从任何一个指定的地址写入(存入)或读出(取出)信息, 分为静态随机存取存储器 ( SRAM ) 和动态随机存取存储器 ( DRAM ) 。
32个存储单元的半导体存储器
半导体存储器原理
半导体存储器原理半导体存储器是一种利用半导体材料来存储数据的设备，它广泛应用于计算机、通讯设备、消费电子产品等领域。
半导体存储器具有体积小、速度快、功耗低等优点，因此在现代电子设备中占据着重要的地位。
要深入了解半导体存储器的原理，首先需要了解半导体存储器的基本结构和工作原理。
半导体存储器主要分为RAM（随机存储器）和ROM（只读存储器）两大类。
RAM主要用于临时存储数据，其特点是读写速度快，但断电后数据会丢失；而ROM主要用于存储固定数据，其特点是数据不易丢失。
这两种存储器都是基于半导体材料制造而成的，其工作原理是利用半导体材料的导电特性来实现数据的存储和读取。
半导体存储器的基本单元是存储单元，每个存储单元可以存储一个数据位。
在RAM中，存储单元通常由一个存储电容和一个存储晶体管组成。
当需要向存储单元写入数据时，控制电路会向存储电容充放电，从而改变存储单元的电荷状态；当需要读取数据时，控制电路会根据存储单元的电荷状态来判断数据位的数值。
而在ROM中，存储单元通常由一个存储晶体管和一个存储栅组成，其工作原理类似于RAM，只是数据的写入是一次性的，无法修改。
半导体存储器的工作原理可以简单概括为存储单元的电荷状态代表数据的数值，通过控制电路来实现数据的写入和读取。
半导体存储器的读写速度快、功耗低、体积小等优点使其成为现代电子设备中不可或缺的部分。
随着科技的不断进步，半导体存储器的容量不断增加，速度不断提高，功耗不断降低，将会为人类带来更多便利和可能性。
总之，半导体存储器是一种基于半导体材料制造的存储设备，其工作原理是利用半导体材料的导电特性来实现数据的存储和读取。
通过对半导体存储器的工作原理的深入了解，可以更好地理解现代电子设备的工作原理，为相关领域的研究和应用提供理论基础。
随着科技的不断进步，相信半导体存储器将会在未来发展中发挥越来越重要的作用。
半导体存储器的原理
半导体存储器的原理半导体存储器是一种用于存储和检索数据的主要电子器件，常见的半导体存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
半导体存储器的原理是基于半导体材料的导电性能以及电荷在其中的存储能力。
半导体存储器通常由一组存储单元组成，每个存储单元可以存储一个二进制位（bit）的数据。
一个存储单元由一个晶体管和一个电容器构成，晶体管用于控制读或写操作，而电容器则用于存储数据。
在RAM中，存储单元使用晶体管和电容器的组合来存储数据。
每个存储单元有一个控制线（Word Line）和一个位线（Bit Line），通过激活控制线和位线的组合，可以选择和操纵特定的存储单元。
当我们想在RAM中写入数据时，首先要将相关的地址和数据信号传递给RAM芯片，芯片内的控制逻辑根据传递的信号确定要写入的存储单元，然后将数据写入对应的存储单元中。
当需要读取数据时，通过将地址信号传递给RAM芯片，芯片内的控制逻辑会找到对应的存储单元，并将该存储单元中的数据传递给输出引脚。
在ROM中，存储单元包含一个或多个可编程的开关，这些开关用于控制存储单元的导通状态。
在制造ROM芯片时，有选择性地烧写或编程存储单元的导通状态，使得这些开关可以表示不同的二进制位。
一旦存储单元的导通状态确定，它就无法再次改变。
因此，ROM存储的是固化的数据，不可修改。
半导体存储器之所以能够存储和检索数据，是因为半导体材料具有导电性和非易失性。
导电性是指材料在受到电场激励时能够通过电子传导产生电流，这是由于半导体材料中的载流子（电子和空穴）的存在。
非易失性是指数据在断电后仍然保持不变，这是由于存储单元中的电荷在断电后能够保持在电容器中。
通过合理的控制和设计，半导体存储器可以长时间保存数据而不需要持续提供电力。
半导体存储器具有许多优点，例如快速的读写速度、低功耗、体积小、可靠性高等。
这使得半导体存储器在计算机和电子设备中得到了广泛的应用。
例如，RAM 用于计算机的主存储器，可临时保存正在运行的程序和数据，而ROM用于存储系统的基本程序和指令，例如BIOS。
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若无预充电，在“读”过程中 C1 存储的电荷有所损
失，使数据 “1”被破坏，而预充电则起到给 C1 补 充电荷的作用，即进行一次刷新。
第六章 半字线
VDD
T4
T3 T2
写 位 线
T1
C
写字线
读 位 线
存储单元
CB
读操作: 先使读位线预充电到高电平 当读字线为高电平时 T3 导通 若 C 上存有电荷 (1) 使 T2 导通, 则 CB 放电, 使 读位变为低电平 (0) 若 C 上没有电荷 (0) 使 T2 截止, 则 CB 不放电, 使读位线保持高电平 (1)
第六章 半导体存储器
6.3 随机存取存储器（ RAM）
存储单元 — 存放一位二进制数的基本单元(即位)。 存储容量 — 存储器含存储单元的总个(位)数。 存储容量 = 字数（word） 位数（bit） 地址 — 存储器中每一个字的编号 2561，2564 一共有 256 个字，需要 256 个地址 10244，10248 一共有 1024 个字，需要 1024 个地址 地址译码 — 用译码器赋予每一个字一个地址 N 个地址输入，能产生 2N 个地址 一元地址译码(单向译码、基本译码、字译码) 二元地址译码(双向译码、位译码) — 行译码、列译码
A1 A0
D3 D2 D1 D0
输出函数
(3) 译码编码
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
W0 W1 W2 W3
编码 0101 1010 0111 1110
第六章 半导体存储器
第六章 小结 1. 随机存取存储器(RAM）
组成 ：主要由地址译码器、读/写控制电路和存储矩 阵三部分组成。
功能 ：可以随时读出数据或改写存储的数据，并且 读、写数据的速度很快。 种类 ：分为静态 RAM 和动态 RAM 。 应用 ：多用于经常更换数据的场合，最典型的应用 就是计算机中的内存。 特点：断电后，数据将全部丢失。
位线 D0 D1 Db-1
数据输出
ROM 存储容量 = 字线数 位线数 = 2n b（位）
第六章 半导体存储器
3. 逻辑结构示意图
n 个 输 入 变 量
A0 A1 译 m0 m1 mi m2n-1
An-1
码 器
与门阵列
… … 或门
… … 或门
…
或门阵列
… … 或门
2n个与门构成 n 位 二进制译码器 , 输 出2n 个最小项。
按器件类型 ，半导体存储器可分为：
双极型存储器和MOS型存储器
第六章 半导体存储器
6.2 顺序存取存储器（ SAM）
SAM 是一种按顺序串行地写入或读出 的存储器，也成为串行存储器，由于SAM 的数据是按一定顺序串行写入或读出，所以 它实质上就是移位寄存器。 SAM按数据读出的顺序分为先入先出和 先入后出型。
T2 T 2 T1 T5
T4
T4
T6 0 1 T3 T3 T 8 导通 截止 Yi
1 0
T1 T7 D 截止 导通 D
特点： 断电后数据丢失
第六章 半导体存储器
2. 六管 CMOS 存储单元
Xi
特点：
VDD
T4 P N T2 T5 T1 T7
T6
T8
PMOS 作 NMOS 负载，功耗极小，可 在交流电源断电后,靠 电池保持存储数据.
I/ O I/ O I/ O
1024×1(0)
A0 A1 A9 R/ W 1 0
. .
1024×1(1)
…
1024×1(7)
A0A1…A9 R/WCS
A0A1 …A9R/WCS A0A1…A9 R/WCS
…
0 CS
第六章 半导体存储器
(二) 字扩展
第六章 半导体存储器
（三）RAM 芯片举例
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND OE CS
T3
D Yi
D
第六章 半导体存储器
(二) 动态存储单元
VDD
1. 四管动态存储单元 预充脉冲 T6 T5 T3、T4 — 门控管 1 Xi 控制存储单元 1 存储单元 0 与位线的连通 位 T4 截 T3 位 导 T7、T8 — 门控管 线 线 T2 T 1 止 通 B 控制位线与数 B C2 CB C1 CB 据线的连通 T5、T6 — 控制 T8 T7 1 Yi 对位线的预充电 D D 0 1
T7、T8 — 门控管 控制位线与数据线的连通
读操作时: D Q
位 线 B
Q
S
Q
位 线 B
T8
导通 截止
T5 截止 导通 R
DQ
写操作时: D Q
导通 截止
T7 D
D
QD
0 Yi 01
第六章 半导体存储器
1. 六管 NMOS 存储单元
Xi VDD VDD V V GG GG
基本RS 触发器
1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 6116 19 7 18 8 17 9 16 10 15 输入 11 14 12 13 WE A0 A 10
VDD A8 A9 写入控制 WE OE 输出使能 A10 CS D7 片 选 D6 D5 I/O D 4 工作方式 D0D7 D3 低功耗维持 读 写 高阻态 输出 输入
第六章 半导体存储器
6.3.1 RAM 的结构与工作原理 地 址 码 输 入 CS 片选 R / W 读 /写控制 I //输出 O 输入 地 址 译 码 器
…
…
存储矩阵
读 /写 控制器
第六章 半导体存储器
[例] 对 256 4 存储矩阵进行地址译码 一元地址译码
10 A 0 A .1 . . 0 A
+VCC
Vcc
1
A1
A0
W0 (m0)
A1 A0
1 1 1 W W W W
与 门 阵 列
(译码器) 字线 (m0 ) (m1 ) (m2 ) (m3 ) 0 1 2 3 输出 缓冲
EN EN EN EN
二极管与门
( m0 ) ( m2 )
W0
D0 =W0+W2 =m0+m2
W2
或 门 阵 列
(编码器)
D 3 D 2
位线：
W2 m2 A1 A0 W3 m3 A1 A0
D0 W0 W2 m0 m2 A1 A0 A1 A0 A0 或 D1 W1 W2 W3 A1 A0 门
输出 缓冲
EN EN EN EN
D3
D2 D1
D2 W0 W2 W3 A0 A1 D3 W1 W3 A0
1 0 0
0
1 0
稳定 稳定
第六章 半导体存储器
6.4 只读存储器（ROM）
6.4.1 ROM 的分类
掩模 ROM
分类 说明:
可编程 ROM（PROM — Programmable ROM）
可擦除可编程 ROM（EPROM — Erasable PROM）
掩模 ROM 生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定， 不能更改
第六章 半导体存储器
2. 只读存储器（ROM）
分类：掩模 ROM
可编程 ROM（PROM) 可擦除可编程 ROM（EPROM) 只读存储器ROM中存储的内容一旦写入,在工作过程中 不会改变，断电后数据也不会丢失，所以ROM也称为固 定存储器，它在正常工作时，只能读出信息，不能随时 写入信息。
缺点: n 位地址输入的 译码器,需要 2n 条 输出线。
8 位地址输入的 地址译码器,只有 32 条输出线。
第六章 半导体存储器
[例] 1024 1 存储器矩阵
10 根地址线 — 2n (1024)个地址 25 (32) 根行选择线 25 (32)根列选择线
1024 个字排列成 — 32 32 矩阵
Z0
(D0)
Z1
(D1)
…
Zb-1
(Db-1)
Z0 m1 mi m2n 1 D0 Z1 m0 m1 mi D1 . . . Z m m m m
b-1 0 1 i
b 个输出函数
2n 1
Db-1
第六章 半导体存储器
二、ROM 的基本工作原理 1. 电路组成
第六章 半导体存储器
第六章 半导体存储器
• 6.1 概述
• 6.2 顺序存取存储器（ SAM） • 6.3 随机存取存储器（ RAM） • 6.4 只读存储器（ROM）
第六章 半导体存储器
第六章 半导体存储器
6.1 概述
存储器是存储信息的器件，主要用来存放二进制数 据、程序和信息，是计算机等数字系统中不可缺少的组 成部分。
6.1.1 半导体存储器的特点 集成度高，体积小 可靠性高，价格低 外围电路简单易于批量生产
第六章 半导体存储器
6.1.2 半导体存储器的分类
按存取功能，半导体存储器可分为 ： 只读存储器ROM（Read-only memory ）
随机存取存储器RAM（Random access memory）
顺序存取存储器SAM(Sequential access memory)。
阵 列
位 线
D 1
D 0
D0
(编码器)
EN
第六章 半导体存储器
3. 功能说明 (1) 存储器
输入 地址 (2) 函数发生器 变量 输入变量 A1 0 0 1 1
输出信号的真值表 A0 0 1 0 1 D3 0 1 0 1 字线 D2 1 0 1 1 D1 0 1 1 1 D0 1 0 1 0
输出 存储 函数 数据
失，使数据 “1”被破坏，而预充电则起到给 C1 补 充电荷的作用，即进行一次刷新。
第六章 半字线
VDD
T4
T3 T2
写 位 线
T1
C
写字线
读 位 线
存储单元
CB
读操作: 先使读位线预充电到高电平 当读字线为高电平时 T3 导通 若 C 上存有电荷 (1) 使 T2 导通, 则 CB 放电, 使 读位变为低电平 (0) 若 C 上没有电荷 (0) 使 T2 截止, 则 CB 不放电, 使读位线保持高电平 (1)
第六章 半导体存储器
6.3 随机存取存储器（ RAM）
存储单元 — 存放一位二进制数的基本单元(即位)。 存储容量 — 存储器含存储单元的总个(位)数。 存储容量 = 字数（word） 位数（bit） 地址 — 存储器中每一个字的编号 2561，2564 一共有 256 个字，需要 256 个地址 10244，10248 一共有 1024 个字，需要 1024 个地址 地址译码 — 用译码器赋予每一个字一个地址 N 个地址输入，能产生 2N 个地址 一元地址译码(单向译码、基本译码、字译码) 二元地址译码(双向译码、位译码) — 行译码、列译码
A1 A0
D3 D2 D1 D0
输出函数
(3) 译码编码
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
W0 W1 W2 W3
编码 0101 1010 0111 1110
第六章 半导体存储器
第六章 小结 1. 随机存取存储器(RAM）
组成 ：主要由地址译码器、读/写控制电路和存储矩 阵三部分组成。
功能 ：可以随时读出数据或改写存储的数据，并且 读、写数据的速度很快。 种类 ：分为静态 RAM 和动态 RAM 。 应用 ：多用于经常更换数据的场合，最典型的应用 就是计算机中的内存。 特点：断电后，数据将全部丢失。
位线 D0 D1 Db-1
数据输出
ROM 存储容量 = 字线数 位线数 = 2n b（位）
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3. 逻辑结构示意图
n 个 输 入 变 量
A0 A1 译 m0 m1 mi m2n-1
An-1
码 器
与门阵列
… … 或门
… … 或门
…
或门阵列
… … 或门
2n个与门构成 n 位 二进制译码器 , 输 出2n 个最小项。
按器件类型 ，半导体存储器可分为：
双极型存储器和MOS型存储器
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6.2 顺序存取存储器（ SAM）
SAM 是一种按顺序串行地写入或读出 的存储器，也成为串行存储器，由于SAM 的数据是按一定顺序串行写入或读出，所以 它实质上就是移位寄存器。 SAM按数据读出的顺序分为先入先出和 先入后出型。
T2 T 2 T1 T5
T4
T4
T6 0 1 T3 T3 T 8 导通 截止 Yi
1 0
T1 T7 D 截止 导通 D
特点： 断电后数据丢失
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2. 六管 CMOS 存储单元
Xi
特点：
VDD
T4 P N T2 T5 T1 T7
T6
T8
PMOS 作 NMOS 负载，功耗极小，可 在交流电源断电后,靠 电池保持存储数据.
I/ O I/ O I/ O
1024×1(0)
A0 A1 A9 R/ W 1 0
. .
1024×1(1)
…
1024×1(7)
A0A1…A9 R/WCS
A0A1 …A9R/WCS A0A1…A9 R/WCS
…
0 CS
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(二) 字扩展
第六章 半导体存储器
（三）RAM 芯片举例
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND OE CS
T3
D Yi
D
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(二) 动态存储单元
VDD
1. 四管动态存储单元 预充脉冲 T6 T5 T3、T4 — 门控管 1 Xi 控制存储单元 1 存储单元 0 与位线的连通 位 T4 截 T3 位 导 T7、T8 — 门控管 线 线 T2 T 1 止 通 B 控制位线与数 B C2 CB C1 CB 据线的连通 T5、T6 — 控制 T8 T7 1 Yi 对位线的预充电 D D 0 1
T7、T8 — 门控管 控制位线与数据线的连通
读操作时: D Q
位 线 B
Q
S
Q
位 线 B
T8
导通 截止
T5 截止 导通 R
DQ
写操作时: D Q
导通 截止
T7 D
D
QD
0 Yi 01
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1. 六管 NMOS 存储单元
Xi VDD VDD V V GG GG
基本RS 触发器
1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 6116 19 7 18 8 17 9 16 10 15 输入 11 14 12 13 WE A0 A 10
VDD A8 A9 写入控制 WE OE 输出使能 A10 CS D7 片 选 D6 D5 I/O D 4 工作方式 D0D7 D3 低功耗维持 读 写 高阻态 输出 输入
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6.3.1 RAM 的结构与工作原理 地 址 码 输 入 CS 片选 R / W 读 /写控制 I //输出 O 输入 地 址 译 码 器
…
…
存储矩阵
读 /写 控制器
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[例] 对 256 4 存储矩阵进行地址译码 一元地址译码
10 A 0 A .1 . . 0 A
+VCC
Vcc
1
A1
A0
W0 (m0)
A1 A0
1 1 1 W W W W
与 门 阵 列
(译码器) 字线 (m0 ) (m1 ) (m2 ) (m3 ) 0 1 2 3 输出 缓冲
EN EN EN EN
二极管与门
( m0 ) ( m2 )
W0
D0 =W0+W2 =m0+m2
W2
或 门 阵 列
(编码器)
D 3 D 2
位线：
W2 m2 A1 A0 W3 m3 A1 A0
D0 W0 W2 m0 m2 A1 A0 A1 A0 A0 或 D1 W1 W2 W3 A1 A0 门
输出 缓冲
EN EN EN EN
D3
D2 D1
D2 W0 W2 W3 A0 A1 D3 W1 W3 A0
1 0 0
0
1 0
稳定 稳定
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6.4 只读存储器（ROM）
6.4.1 ROM 的分类
掩模 ROM
分类 说明:
可编程 ROM（PROM — Programmable ROM）
可擦除可编程 ROM（EPROM — Erasable PROM）
掩模 ROM 生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定， 不能更改
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2. 只读存储器（ROM）
分类：掩模 ROM
可编程 ROM（PROM) 可擦除可编程 ROM（EPROM) 只读存储器ROM中存储的内容一旦写入,在工作过程中 不会改变，断电后数据也不会丢失，所以ROM也称为固 定存储器，它在正常工作时，只能读出信息，不能随时 写入信息。
缺点: n 位地址输入的 译码器,需要 2n 条 输出线。
8 位地址输入的 地址译码器,只有 32 条输出线。
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[例] 1024 1 存储器矩阵
10 根地址线 — 2n (1024)个地址 25 (32) 根行选择线 25 (32)根列选择线
1024 个字排列成 — 32 32 矩阵
Z0
(D0)
Z1
(D1)
…
Zb-1
(Db-1)
Z0 m1 mi m2n 1 D0 Z1 m0 m1 mi D1 . . . Z m m m m
b-1 0 1 i
b 个输出函数
2n 1
Db-1
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二、ROM 的基本工作原理 1. 电路组成
第六章 半导体存储器
第六章 半导体存储器
• 6.1 概述
• 6.2 顺序存取存储器（ SAM） • 6.3 随机存取存储器（ RAM） • 6.4 只读存储器（ROM）
第六章 半导体存储器
第六章 半导体存储器
6.1 概述
存储器是存储信息的器件，主要用来存放二进制数 据、程序和信息，是计算机等数字系统中不可缺少的组 成部分。
6.1.1 半导体存储器的特点 集成度高，体积小 可靠性高，价格低 外围电路简单易于批量生产
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6.1.2 半导体存储器的分类
按存取功能，半导体存储器可分为 ： 只读存储器ROM（Read-only memory ）
随机存取存储器RAM（Random access memory）
顺序存取存储器SAM(Sequential access memory)。
阵 列
位 线
D 1
D 0
D0
(编码器)
EN
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3. 功能说明 (1) 存储器
输入 地址 (2) 函数发生器 变量 输入变量 A1 0 0 1 1
输出信号的真值表 A0 0 1 0 1 D3 0 1 0 1 字线 D2 1 0 1 1 D1 0 1 1 1 D0 1 0 1 0
输出 存储 函数 数据