第7章 半导体存储器
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阎石《数字电子技术基础》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(7-11章)【圣才出品】
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存储矩阵中选出指定单元，并把其中数据送到输出缓冲器。 （3）输出缓冲器的作用是提高存储器带负载能力，实现对输出状态的三态控制，便与 系统的总线连接。
图 7-1 ROM 的电路结构框图
2．可编程只读存储器（PROM） PROM 初始时所有存储单元中都存入了 1，可通过将所需内容自行写入 PROM 而得到 要求的 ROM。PROM 的总体结构与掩模 ROM 一样，同样由存储矩阵、地址译码器和输出 电路组成。 PROM 的内容一经写入以后，就不可能修改了，所以它只能写入一次。因此，PROM 仍不能满足研制过程中经常修改存储内容的需要。
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分组成，如图 7-4 所示。 ①存储矩阵由许多存储单元排列而成，每个存储单元能存储 1 位二值数（1 或 0），既 可以写入 1 或 0，又可以将存储的数据读出； ②地址译码器一般都分成行地址译码器和列地址译码器。行地址译码器将输入地址代码 的若干位译成某一条字线的输出高、低电平信号，从存储矩阵中选中一行存储单元；列地址 译码器将输入地址代码的其余几位译成某一根输出线上的高、低电平信号，从字线选中的一 行存储单元中再选 1 位（或几位），使这些被选中的单元经读/写控制电路与输入/输出端接 通，以便对这些单元进行读、写操作；
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第 7 章 半导体存储器
7.1 复习笔记
一、概述 半导体存储器是一种能存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。半导体存 储器的种类很多，从存、取功能上可以分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。 只读存储器在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数 据。ROM 的优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失。它的缺点是只适用于存 储那些固定数据的场合。只读存储器中又有掩模 ROM、可编程 ROM（PROM）和可擦除 的可编程 ROM（EPROM）几种不同类型。 随机存储器与只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下就可以随时快速地向存储器 里写入数据或从中读出数据。根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为 静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）。
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存储矩阵中选出指定单元，并把其中数据送到输出缓冲器。 （3）输出缓冲器的作用是提高存储器带负载能力，实现对输出状态的三态控制，便与 系统的总线连接。
图 7-1 ROM 的电路结构框图
2．可编程只读存储器（PROM） PROM 初始时所有存储单元中都存入了 1，可通过将所需内容自行写入 PROM 而得到 要求的 ROM。PROM 的总体结构与掩模 ROM 一样，同样由存储矩阵、地址译码器和输出 电路组成。 PROM 的内容一经写入以后，就不可能修改了，所以它只能写入一次。因此，PROM 仍不能满足研制过程中经常修改存储内容的需要。
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分组成，如图 7-4 所示。 ①存储矩阵由许多存储单元排列而成，每个存储单元能存储 1 位二值数（1 或 0），既 可以写入 1 或 0，又可以将存储的数据读出； ②地址译码器一般都分成行地址译码器和列地址译码器。行地址译码器将输入地址代码 的若干位译成某一条字线的输出高、低电平信号，从存储矩阵中选中一行存储单元；列地址 译码器将输入地址代码的其余几位译成某一根输出线上的高、低电平信号，从字线选中的一 行存储单元中再选 1 位（或几位），使这些被选中的单元经读/写控制电路与输入/输出端接 通，以便对这些单元进行读、写操作；
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第 7 章 半导体存储器
7.1 复习笔记
一、概述 半导体存储器是一种能存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。半导体存 储器的种类很多，从存、取功能上可以分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。 只读存储器在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数 据。ROM 的优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失。它的缺点是只适用于存 储那些固定数据的场合。只读存储器中又有掩模 ROM、可编程 ROM（PROM）和可擦除 的可编程 ROM（EPROM）几种不同类型。 随机存储器与只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下就可以随时快速地向存储器 里写入数据或从中读出数据。根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为 静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）。
《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。
第七章 半导体存储器
三、知识点
1、重点掌握的知识点 （1）各种ROM的电路结构和工作原理； （2）SRAM的的电路结构和工作原理；
（3）存储器容量的扩展方法；
（4）用存储器实现组合逻辑函数的方法。 2、一般掌握的知识点
（1）各种ROM存储单元的特点； （2）SRAM的静态存储单元。
7.1 概述
半导体存储器是一种能存储大量二值信息的半导 体器件。 一、半导体存储器的一般结构形式 存储单元数目庞大，输入/输出引脚数目有限。
译成某一条字线有效，从存储矩阵中选中一行存储单元；
列地址译码器将输入地址代码的其余若干位(Ai+1~An-1)译 成某一根输出线有效，从字线选中的一行存储单元中再 选一位(或n位)，使这些被选中的单元与读/写电路和 I/O(输入/输出端)接通，以便对这些单元进行读/写操作。
读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控 制。CS′称为片选信号，当CS′=0时，RAM工作， CS′=1时，所有I/O端均为高阻状态，不能对RAM 进行读/写操作。
11A7 ~ A0 768 ~ 1023
256 ~ 511
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
ROM广泛应用于计算机、电子仪器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电子测量设备和数
控电路，其具体应用有专门的教材进行论述，这里仅介绍用
ROM在数字逻辑电路中的应用。 分析ROM的工作原理可知，ROM中的地址译码器可产
生地址变量的全部最小项，能够实现地址变量的与运算，即
A0~An-1
D0
W0
W2n-1
Dm
地
A1
址
A0 D3
数
D2
据
D1 D0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1
第七章 半导体存储器 半导体存储器的分类
第七章 半导体存储器数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。
存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。
半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。
目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。
存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。
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随机存取存储器（RAM —Random Access Memory ）和只读存储器（ROM —Read-Only memory ）。
按照存储机理的不同，RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。
存储器的容量存储器的容量=字长（n ）×字数（m ）7.1随机存取存储器（RAM ）随机存取存储器简称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 的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
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。
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/输出入图7.1—1 RAM 的结构示意框图1. 存储矩阵RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。
图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。
属多字1位结构，1024个字排列成32×32的矩阵，中间的每一个小方块代表一个存储单元。
为了存取方便，给它们编上号，32行编号为X 0、X 1、…、X 31，32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。
这样每一个存储单元都有了一个固定的编号（X i 行、Y j 列），称为地址。
11113131131********列 译 码 器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......X X X Y Y Y 0131131A A A A A A A A A A 地 址 输 入地址输入0123456789D D数据线....图7.1－5 1024×1位RAM 的存储矩阵2． 址译码器址译码器的作用，是将寄存器地址所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。
《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。
清华数字电路第七章 半导体存储器PPT课件
16.08.2020
数电
7.1 概述
**PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户 可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器， 将某些单元改写为0(或为1)。
**PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户 可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器， 将某些单元改写为0(或为1)。
ROM可分为掩模ROM、可编程ROM（Programmable Read－Only Memory，简称PROM）和可擦除的可编程 ROM（Erasable Programmable Read－Only Memory， 简称EPROM）。
*掩模ROM在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据 写入存储器中，一旦ROM制成，其存储的数据就固 定不变，无法更改。
第七章 半导体存储器
内容提要
本章将系统地介绍各种半导体存储器的工作原理 和使用方法。半导体存储器包括只读存储器（ROM） 和随机存储器（RAM）。在只读存储器中，介绍了掩 模ROM、PROM和快闪存储器等不同类型的ROM的 工作原理和特点；而在随机存储器中，介绍了静态 RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。 此外，也介绍了存储器扩展容量的连接方法以及用存 储器设计组合逻辑电路，重点放在这里。
1. ROM的组成：
ROM电
路结构包含存
储矩阵、地址
译码器和输出
缓冲器三个部
分，其框图如
图7.2.1所示。
16.08.2020
数电
图7.2.1
7.2.1 掩模只读存储器
a.存储矩阵
存储矩阵是由许多存储单元排列而成。存储单元 可以是二极管、双极型三极管或MOS管，每个单元能 存放1位二值代码（0或1)，而每一个或一组存储单元有 一个相应的地址代码。
半导体存储器
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM 实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。
7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的 重要组成部分。
半导体存储器分类如下：I 融+n 右西方性翼静态（SRAM ）（六管MO 白静态存储单元） 随机存取存储器〔^^'｛动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元） 一固定艮cmil 二极管、M 口号管） 可编程RDM （PROM ）［三极管中熠丝上可擦除可编程ROM （EPROM ）［叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财（EEPROM^【叠层栅管、隧道）按制造工艺分，有双极型和MOS 型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM ）、随机存取存储器（RAM ）和只读存储器（ROM ）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM ）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM ）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
七章半导体存储器
13
地址总线 13
~ A0 A12
CS OE
~ D15 D 8
8
数据总线
~ D7 D 0
8
A0 8kB×8
. .2764 . . O0 . . ... ... A12
A0 8kB×8
. . 2764 . . O0 . . ... ... A12
CS
O7
13
OE U1
CS
O7
OE U2
（2）字数扩展（地址码扩展）
14
12
13
VDD A8 A9
WE
OE
A10 CS D7 D6 D5 D4
D3
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。
（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。
CS O7
OE
13
U2
...
~ 数据总线 D7
D0 8
...
A02764
8
.. O0
. ... ... A12
CS O7
OE U8
本章小节
1．半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件， 它可分为RAM和ROM两大类。
2．RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其存储的数据随电源断 电 而 消 失 ， 因 此 是 一 种 易 失 性 的 读 写 存 储 器 。 它 包 含 有 SRAM 和 DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容 存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持， 而DRAM则必需定期刷新。
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Y0 · · · · · · · Y15 列地址译码器
读 写 控 制 电 路
I/O
CS' R/W'
A6 · · · · · A9
17
图7.3.2 1024 4位RAM（2114）的结构框图
18
1024×4位RAM可用下图表示： I/O1 I/O2 1024×4 I/O3 I/O4
RAM
A0 · · · · · · A9 R/W' CS' 1024×4位RAM 有10个地址输入端，4个数据输入/输出端 行6列4
29
选输入地址为4位、输出数据为4位（16×4位）的ROM来 实现 （Wi=mi）
若已有RAM的输入端和输出端都不够用，则需同时 采用位扩展方式和字扩展方式。
26
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
例1：用ROM设计一个全加器 解：首先列出真值表 由真值表可得 S=m1+m2+m4+m7 CO=m3+m5+m6+m7 选输入地址为3位、输出数 据为2位（8×2位）的 ROM来实现 （Wi=mi） A 0 0 0 B 0 0 1 Ci 0 1 0 S 0 1 1 CO 0 0 0
15
A0 · · · · · A4
行 地 址 译 码 器
读 写 控 制 电 路
I/O
CS' R/W'
1024×1位RAM可用下图表示：
I/O 1024×1 RAM
A0 · · · · · · A9 R/W' CS' 1024×1位RAM 有10个地址输入端，1个数据输入/输出端
16
例2：1024×4位RAM
W0 A1 A0 m0
W 1 A1 A0 m 1 W 2 A1 A0 m 2 W 3 A1 A0 m 3
二极管或门组 成存储矩阵
d 3 W1 W3
d 2 W0 W 2 W 3 d 1 W1 W 3 d 0 W0 W 1
解： 256×8位的RAM有8个输入端（A0~A7），而1024×8 位的RAM需要有10个输入端（1024=210），不够用；有8 个输出端，已够用。 所以增加两个输入端A9A8， A9A8取00、01、10、11时分别 将片选信号送至第1、2、3、4片RAM的片选输入端CS'， 可用2线-4线译码器实现。 24
A1A0=10时，W2=1，选第三列信号0100输出
A1A0=11时，W3=1，选第四列信号1110输出
8
可见，字线与位线的每一个交叉点都是一个 存储单元，交叉点有二极管则相当于存1，没有 相当于存0，交叉点数也就是存储单元数。 存储量=字数×位数 上例中存储量=4 ×4=16位 ROM的特点： 1、二极管与门阵列组成了一个全译码电路， 实现了输入变量的全部最小项mi。 2、二极管或门阵列实现了最小项之和形式的 各个函数∑ mi 。 所以，可用ROM实现组合逻辑函数
三态输出缓冲器 EN'=0时,Di=di W0-W3称为字线 D0-D3称为位线或 数据线
EN 0时，D i d i
所以，输入和输出的关系可用 下表来表示：
d 3 W1 W3 d 2 W0 W 2 W 3
d 1 W1 W 3 d 0 W0 W 1
m0 m1 m2 m3
1024×4=210×22=212=26×26=64×64，所以
行地址输入6个（64=26）,列地址4个（64/4=16=24） X0
A0 · · · · · A5
行 · 地 · · 址 · 译 · 码 · · 器 X63
0-0,0-1,0-2,0-3··· 0-63 ··· · · · · · · 63-0 ·· · · 63-3···63-63 ···
13
多字一位结构 1024×1 多字多位结构 1024×4,256×4
R/W'=1时，执行读操作，R/W'=0时，执行写操作 CS'为片选输入端，CS'=0时，该片被选中，可以进行读写
14
例1：1024×1位RAM
1024=210=25×25=32×32
存储矩阵32行×32列，行地址5个，列地址5个 X0 0-0,0-1··········0-31 ·········· · · · · · · · · · · · · X31 31-0,31-1······· ······31-31 Y0 · · · · · · · Y31 列地址译码器 A5 · · · · · A9 若要读取5-2中的数据，则令CS'=0，R/W'=1， A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=00010 00101
0 1
1 1 1
1 0
0 1 1
1 0
1 0 1
0 1
0 0 1
1 0
1 1 1
27
W0
W2
W3
W4
W5 W6
W7
A B
地 址 译 码 器 （ 或 逻 辑 阵 列 ）
Ci
（ 与 逻 辑 阵 列 ）
存 储 矩 阵
S CO
图中用点表示矩阵交叉点有存储器件（二极管），有 点表示存1，没点表示存0。—→点阵图
读 写 控 制 电 路
I/O
Y0 · · · · · · · Y7 列地址译码器
A5 · · · · · A7
CS' R/W'
20
256×8位RAM可用下图表示： I/O1
······
I/O8
256×8 RAM A0 · · · · · · A7 R/W' CS'
8个地址输入端，8个数据输入/输出端 输入端的个数与乘号前面的数有关， 输出端的个数与乘号后面的数有关
19
例3：256×8位RAM
256×8=28×23=211=25×26=32×64，所以
行地址输入5个（32=25），列地址3个（64/8=8=23） X0 A0 · · · · · A4 行 · 地 · · 址 · 译 · 码 · · 器 X31 0-0,0-1, ·· 0-7 ··· ·· ·· 0-63 · · · · · 31-0 ···· 31-7···31-63 ···
A BCD A BCD A BCD A BCD ABCD A BCD ABCD A BCD ABCD A BC D A BCD ABCD
Y1 m2 m3 m6 m7 Y2 m6 m7 m10 m14 Y3 m4 m14 Y4 m2 m15
存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。
（2）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
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）掩模（固定）ROM。厂家把数据写入存储器中，用户 无法进行任何修改。
不够用，可利用位扩展方式将8片每片有1个输出端的
1024×1位RAM组成1个有8个输出端的1024×8位RAM
22
7.4.1 RAM的位扩展接法图
23
7.4.2 字扩展方式
例：用4片256×8位的RAM接成1个1024×8位的RAM I/O1 · · · · · · I/O8
256×8 RAM
A0 · · · · · · A7 R/W' CS'
数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦
除/写入100次以上。 RAM分类：静态随机存储器：SRAM
动态随机存储器：DRAM
4
7.2 只读存储器(ROM)
7.2.1 掩模只读存储器 功能：把存储矩阵中的数据读出来输出出去。 电路结构:
5
具有2位地址输入 码和4位数据输出 的ROM电路 → 二极管与门组成地 址译码器
21
7.4 存储容量的扩展
扩展方式有两种： 位扩展方式：输入端数（字数）够用而输出端数（位数）不 够用：扩展位。 字扩展方式：输入端数（字数）不够用而输出端数（位数） 够用：扩展字。 7.4.1 位扩展方式 例：用8片1024×1位RAM组成1024×8位RAM。
解：1024×1位RAM有10个输入端，已够用，1个输出端，
第七章 半导体存储器
7.1 概述
7.2 只读存储器(ROM)
7.3 随机存储器(RAM)
7.4 存储器的容量的扩展 7.5 用存储器实现组合逻辑函数
1
7.1 概述
半导体存储器——用以存储大量二进制信息的半导体器件
衡量存储器性能的重要指标：存储量、存取速度
半导体存储器的分类：
（1）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。
11
雪崩注入：DS间加比正常工作电压高得多的负电压（－ 45V），则DS间的PN结产生雪崩击穿，P+区电子高速射 出，一部分可穿过SiO2进入栅极，形成栅极存储电荷， DS间形成导电沟道。 擦除：用紫外线照射栅极氧化层， SiO2层中产生电子-空 穴对，为浮置栅提供放电回路，使之放电。从而使导电 沟道消失。
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
W0 W1 W2 W3 D3 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
D2 1 0 1 1
D1 0 1 0 1
D0 1 1 0 0
即A1A0=00时，W0=1，选第一列信号0101输出 A1A0=01时，W1=1，选第二列信号1011输出
28
例2：用ROM产生一组多输出逻辑函数
Y1 Y 2 Y3 Y4
A BC A BC ABCD BCD A BCD ABCD A BC D A BCD ABCD
读 写 控 制 电 路
I/O
CS' R/W'
A6 · · · · · A9
17
图7.3.2 1024 4位RAM（2114）的结构框图
18
1024×4位RAM可用下图表示： I/O1 I/O2 1024×4 I/O3 I/O4
RAM
A0 · · · · · · A9 R/W' CS' 1024×4位RAM 有10个地址输入端，4个数据输入/输出端 行6列4
29
选输入地址为4位、输出数据为4位（16×4位）的ROM来 实现 （Wi=mi）
若已有RAM的输入端和输出端都不够用，则需同时 采用位扩展方式和字扩展方式。
26
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
例1：用ROM设计一个全加器 解：首先列出真值表 由真值表可得 S=m1+m2+m4+m7 CO=m3+m5+m6+m7 选输入地址为3位、输出数 据为2位（8×2位）的 ROM来实现 （Wi=mi） A 0 0 0 B 0 0 1 Ci 0 1 0 S 0 1 1 CO 0 0 0
15
A0 · · · · · A4
行 地 址 译 码 器
读 写 控 制 电 路
I/O
CS' R/W'
1024×1位RAM可用下图表示：
I/O 1024×1 RAM
A0 · · · · · · A9 R/W' CS' 1024×1位RAM 有10个地址输入端，1个数据输入/输出端
16
例2：1024×4位RAM
W0 A1 A0 m0
W 1 A1 A0 m 1 W 2 A1 A0 m 2 W 3 A1 A0 m 3
二极管或门组 成存储矩阵
d 3 W1 W3
d 2 W0 W 2 W 3 d 1 W1 W 3 d 0 W0 W 1
解： 256×8位的RAM有8个输入端（A0~A7），而1024×8 位的RAM需要有10个输入端（1024=210），不够用；有8 个输出端，已够用。 所以增加两个输入端A9A8， A9A8取00、01、10、11时分别 将片选信号送至第1、2、3、4片RAM的片选输入端CS'， 可用2线-4线译码器实现。 24
A1A0=10时，W2=1，选第三列信号0100输出
A1A0=11时，W3=1，选第四列信号1110输出
8
可见，字线与位线的每一个交叉点都是一个 存储单元，交叉点有二极管则相当于存1，没有 相当于存0，交叉点数也就是存储单元数。 存储量=字数×位数 上例中存储量=4 ×4=16位 ROM的特点： 1、二极管与门阵列组成了一个全译码电路， 实现了输入变量的全部最小项mi。 2、二极管或门阵列实现了最小项之和形式的 各个函数∑ mi 。 所以，可用ROM实现组合逻辑函数
三态输出缓冲器 EN'=0时,Di=di W0-W3称为字线 D0-D3称为位线或 数据线
EN 0时，D i d i
所以，输入和输出的关系可用 下表来表示：
d 3 W1 W3 d 2 W0 W 2 W 3
d 1 W1 W 3 d 0 W0 W 1
m0 m1 m2 m3
1024×4=210×22=212=26×26=64×64，所以
行地址输入6个（64=26）,列地址4个（64/4=16=24） X0
A0 · · · · · A5
行 · 地 · · 址 · 译 · 码 · · 器 X63
0-0,0-1,0-2,0-3··· 0-63 ··· · · · · · · 63-0 ·· · · 63-3···63-63 ···
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多字一位结构 1024×1 多字多位结构 1024×4,256×4
R/W'=1时，执行读操作，R/W'=0时，执行写操作 CS'为片选输入端，CS'=0时，该片被选中，可以进行读写
14
例1：1024×1位RAM
1024=210=25×25=32×32
存储矩阵32行×32列，行地址5个，列地址5个 X0 0-0,0-1··········0-31 ·········· · · · · · · · · · · · · X31 31-0,31-1······· ······31-31 Y0 · · · · · · · Y31 列地址译码器 A5 · · · · · A9 若要读取5-2中的数据，则令CS'=0，R/W'=1， A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=00010 00101
0 1
1 1 1
1 0
0 1 1
1 0
1 0 1
0 1
0 0 1
1 0
1 1 1
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W0
W2
W3
W4
W5 W6
W7
A B
地 址 译 码 器 （ 或 逻 辑 阵 列 ）
Ci
（ 与 逻 辑 阵 列 ）
存 储 矩 阵
S CO
图中用点表示矩阵交叉点有存储器件（二极管），有 点表示存1，没点表示存0。—→点阵图
读 写 控 制 电 路
I/O
Y0 · · · · · · · Y7 列地址译码器
A5 · · · · · A7
CS' R/W'
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256×8位RAM可用下图表示： I/O1
······
I/O8
256×8 RAM A0 · · · · · · A7 R/W' CS'
8个地址输入端，8个数据输入/输出端 输入端的个数与乘号前面的数有关， 输出端的个数与乘号后面的数有关
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例3：256×8位RAM
256×8=28×23=211=25×26=32×64，所以
行地址输入5个（32=25），列地址3个（64/8=8=23） X0 A0 · · · · · A4 行 · 地 · · 址 · 译 · 码 · · 器 X31 0-0,0-1, ·· 0-7 ··· ·· ·· 0-63 · · · · · 31-0 ···· 31-7···31-63 ···
A BCD A BCD A BCD A BCD ABCD A BCD ABCD A BCD ABCD A BC D A BCD ABCD
Y1 m2 m3 m6 m7 Y2 m6 m7 m10 m14 Y3 m4 m14 Y4 m2 m15
存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。
（2）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
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）掩模（固定）ROM。厂家把数据写入存储器中，用户 无法进行任何修改。
不够用，可利用位扩展方式将8片每片有1个输出端的
1024×1位RAM组成1个有8个输出端的1024×8位RAM
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7.4.1 RAM的位扩展接法图
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7.4.2 字扩展方式
例：用4片256×8位的RAM接成1个1024×8位的RAM I/O1 · · · · · · I/O8
256×8 RAM
A0 · · · · · · A7 R/W' CS'
数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦
除/写入100次以上。 RAM分类：静态随机存储器：SRAM
动态随机存储器：DRAM
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7.2 只读存储器(ROM)
7.2.1 掩模只读存储器 功能：把存储矩阵中的数据读出来输出出去。 电路结构:
5
具有2位地址输入 码和4位数据输出 的ROM电路 → 二极管与门组成地 址译码器
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7.4 存储容量的扩展
扩展方式有两种： 位扩展方式：输入端数（字数）够用而输出端数（位数）不 够用：扩展位。 字扩展方式：输入端数（字数）不够用而输出端数（位数） 够用：扩展字。 7.4.1 位扩展方式 例：用8片1024×1位RAM组成1024×8位RAM。
解：1024×1位RAM有10个输入端，已够用，1个输出端，
第七章 半导体存储器
7.1 概述
7.2 只读存储器(ROM)
7.3 随机存储器(RAM)
7.4 存储器的容量的扩展 7.5 用存储器实现组合逻辑函数
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7.1 概述
半导体存储器——用以存储大量二进制信息的半导体器件
衡量存储器性能的重要指标：存储量、存取速度
半导体存储器的分类：
（1）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。
11
雪崩注入：DS间加比正常工作电压高得多的负电压（－ 45V），则DS间的PN结产生雪崩击穿，P+区电子高速射 出，一部分可穿过SiO2进入栅极，形成栅极存储电荷， DS间形成导电沟道。 擦除：用紫外线照射栅极氧化层， SiO2层中产生电子-空 穴对，为浮置栅提供放电回路，使之放电。从而使导电 沟道消失。
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
W0 W1 W2 W3 D3 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
D2 1 0 1 1
D1 0 1 0 1
D0 1 1 0 0
即A1A0=00时，W0=1，选第一列信号0101输出 A1A0=01时，W1=1，选第二列信号1011输出
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例2：用ROM产生一组多输出逻辑函数
Y1 Y 2 Y3 Y4
A BC A BC ABCD BCD A BCD ABCD A BC D A BCD ABCD