第7章半导体存储器
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）。
数字电子技术基础第四版课后答案
第七章半导体存储器[题7.1] 存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同？[解] 参见第7.1节。
[题7.2] 动态存储器和静态存储器在电路结构和读/写操作上有何不同？[解] 参见第7.3.1节和第7.3.2节。
[题7.3] 某台计算机的内存储器设置有32位的地址线，16位并行数据输入/输出端，试计算它的最大存储量是多少？[解] 最大存储量为232×16=210×210×210×26=1K×1K×1K×26=64G[题7.4] 试用4片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）组成4096×4位的RAM。
[解] 见图A7.4。
[题7.5] 试用16片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）接成一个8K×8位的RAM。
[解] 见图A7.5。
[题7.6] 已知ROM 的数据表如表P7.6所示，若将地址输入A 3A 2A 1A 0作为4个输入逻辑变量，将数据输出D 3D 2D 1D 0作为函数输出，试写出输出与输入间的逻辑函数式。
[解] D 3=0123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A +++D 2=01230123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A +++++0123A A A AD 1=0123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A +++D 0=01230123A A A A A A A A +[题7.7] 图P7.7是一个16×4位的ROM ，A 3、、A 2、A 1、A 0为地址输入，D 3、D 2、D 1、D 0是数据输出，若将D 3、D 2、D 1、D 0视为A 3、、A 2、A 1、A 0的逻辑函数，试写出D 3、D 2、D 1、D 0的逻辑函数式。
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。
数电7半导体存储器
高集成度、高速读写、低功耗、 非易失性等。
半导体存储器的分类
按存储方式分
按容量分
分为随机存储器（RAM）和只读存储 器（ROM）。RAM可随时读写， ROM只能读不能写。
分为小容量、中容量和大容量存储器。 小容量一般为1K位，中容量为4K位， 大容量为16K位以上。
按存储介质分
分为双极型存储器（TTL）和CMOS 存储器。TTL存储器速度快，但功耗 大；CMOS存储器速度慢，但功耗小。
1970年
出现了只读存储器（ROM），其容量为 256K位，速度为500字/秒。
1967年
出现了集成度更高的半导体动态随 机存储器（DRAM），其容量为 64K位，速度为500字/秒。
A
B
C
D
1984年
出现了快闪存储器（Flash Memory）， 其容量为1M位，速度为200字/秒。
1975年
出现了可擦写可编程只读存储器 （EEPROM），其容量为256K位，速度 为500字/秒。
Байду номын сангаас
闪存技术
闪存是一种非易失性存储器，能 够在断电状态下保存数据。它具 有快速读写速度、低功耗和耐冲 击等优点，广泛应用于移动设备
和嵌入式系统。
相变存储器
相变存储器利用特殊材料在加热 后发生相变来存储数据。它具有 读写速度快、寿命长和可靠性高 等优点，被认为是下一代存储器
的重要候选者。
磁性随机存储器
磁性随机存储器利用磁性材料的 磁化方向来存储数据。它具有高 速读写、低功耗和长寿命等优点， 适用于需要频繁读写和高可靠性
半导体存储器的发展历程
01
02
03
1946年
美国科学家发明了第一台 电子计算机ENIAC，采用 真空管作为逻辑元件，使 用汞延迟线作为存储器。
第7章-只读存储器
Y2
Y3
Y4
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RAM (2)
RAM (3) RAM (4)
11 00000000 ~ 11 11111111 (768) (1023)
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第一节 只读存储器
三、用存储器实现组合逻辑函数
一个ROM的数据表
A1 A0 D0 D1 D2 D3
A1 A0 D0 D1 D2 D3
0 0 0 1
0 1 1 0
0 1
解：将输出函数展开成标准与-或表达式：
Y1 Y2 Y3 Y 4 A BCD ABCD AB CD AB CDY1 m2 m3 m6 m7 ABCD ABCD ABCD ABCD Y2 m6 m7 m10 m14 ABCD ABC D Y3 m4 m14 Y m m A BCD ABCD 2 15 4
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第一节 只读存储器
三、用存储器实现组合逻辑函数
[例7.5.1] 试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数。
Y1 Y2 Y3 Y 4 A BC ABC ABCD BCD ABCD ABCD ABC D A BCD ABCD
A0
A0
W0 W1 W2 W3
D3 W1 W3 A0
ROM中的数据表
d3
d2 d1
d0
D3
地 址 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
数 1 0 1 1
据
D2
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。
半导体存储器
第七章半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。
在电子计算机以及其他一些数字系统的工作过程中，都需要对大量的数据进行存储。
因此，存储器也就成了这些数字系统不可少的组成部分。
由于计算机处理的数据量越来越大，运算速度越来越快，这就要求存储器具有更大的容量和更快的存取速度。
通常都把存储量和存取速度作为评价存储器性能的重要指标。
目前动态存储器的容量已达到109位每片，一些高速随机存储器的存取时间为10ns左右。
因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存器那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。
为了解决这个问题，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。
半导体存储器的种类很多，从功能上可以分为只读存储器和随机存储器两大类。
只读存储器在正常工作状态上只能从中读取数据，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和可擦除的可编程ROM几种不同类型。
掩模ROM 中的数据在制作时已经确定，无法更改。
PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了。
EPROM里的数据则不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有更大的使用灵活性。
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和动态存储器。
由于动态存储器存储单元的结构非常简单，所以它能达到的集成度远高于静态存储器。
但是动态存储器的存取速度不如静态存储器快。
7.2 只读存储器(ROM)7.2.1掩模只读存储器ROM根据用户要求专门设计的掩模板把数据：“固化”在ROM中电路结构ROM的电路结构框图地址译码器：将输出的地址代码翻译成相应的控制信号，把指定单元选出，其数据送输出缓冲器输出缓冲器❖提高存储器带负载的能力❖实现输出状态三态控制，与系统总线连接地址译码器存储矩阵输出缓冲器WW1W2－1nAA1An－1三态控制信息单元(字)存储单元……………存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。
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半导体存储器是一种由半导体器件构成的 能够存储数据、运算结果、操作指令的逻 辑部件。主要用于计算机的内存储器。 本章对其特点、分类、技术指标予以简单 介绍，并介绍基本存储单元的组成原理， 集成半导体存储器的工作原理及功能。 本章重点要求掌握各类存储器的特点、存 储器容量扩展和用存储器实现组合电路。
第7章半导体存储器
7.1 概 述
⒈ 半导体存储器的特点及分类 按制造工艺的不同可把存储器分成TTL 型和MOS型存储器两大类。
TTL型速度快，常用作计算机的高速缓冲存 储器。 MOS型具有工艺简单、集成度高、功耗低、 成本低等特点，常用作计算机的大容量内存 储器。
第7章半导体存储器
7.1 概 述
2输入4输出组合逻辑功能表
地址
内容
可以将其存储在22×4 的只读存储器中
A1 A0
00 01 10 11
D3 D2 D1 D0
0 10 1 1 01 1 0 10 0 1 11 0
第7章半导体存储器
7.2.1掩模只读存储器
掩模只读存储器是采用掩模工艺制作的， 其中的存储内容是已经由制造商按照用户 的要求进行了专门设计。因此，掩模ROM 在出厂时内部存储的数据就已经固化好了。 掩模ROM的存储数据可永久保存，在批量 生产时成本最低。适用于存放固定不变的 程序或数据。
第7章半导体存储器
7.2.2 可编程只读存储器(PROM)
图7-4为一种PROM的结构图，存储矩 阵的存储单元由双极型三极管和熔断 丝组成。
第7章半导体存储器
7.2.2 可编程只读存储器(PROM)
W0
A1
W1
地址译码
W2
W3
+VDD
存 储 矩 阵
W0
W1
W2
位线
W3
图7-2 NMOS固定ROM
D3 D2 D1 D0
第7章半导体存储器
D3’ D2’ D1’ D0’ D3 D2 D1 D0
输出 电路
7.2.1掩模只读存储器
图7-3是ROM的点阵图。
表6-1 ROM中的信息表
W0
W1
地址内容W2 Nhomakorabea⒈ 半导体存储器的特点及分类
按存储二值信号的原理不同存储器分为静态存 储器和动态存储器两种。
静态存储器是以触发器为基本单元来存储0和1的， 在不失电的情况下，触发器状态不会改变； 动态存储器是用电容存储电荷的效应来存储二值信 号的。电容漏电会导致信息丢失，因此要求定时对 电容进行充电或放电。
按工作特点不同半导体存储器分成只读存储器、 随机存取存储第器7章半和导体顺存储序器 存取存储器。
第7章半导体存储器
7.2 只读存储器
半导体只读存储器是具有n个输入b个输出 的组合逻辑电路。
2n×b ROM
地址输入
Address input
A0 A1 A2 An-2 An-1
D0 D1
Db-1
第7章半导体存储器CS
数据输出 Data output
片选控制线
7.2 只读存储器
只读存储器存储了一个n输入b输出的组合 逻辑功能的真值表。
7.1 概 述
⒉半导体存储器的技术指标
存取周期：存储器的性能取决于存储器的存取 速率。存储器的存取速度用存取周期或读写周 期来表征。把连续两次读（写）操作间隔的最 短时间称为存取周期。
第7章半导体存储器
7.2 只读存储器
半导体只读存储器(Read-only Memory，ROM)是 只能读不能写的存储器。 只读存储器是一种组合电路，当信息被加工时或 被编程时，认为信息是存储在ROM中。 其特点是电路结构简单，电路形式和规格比较统 一，在操作过程中只能读出信息不能写入。
通常用其存放固定的数据和程序，如计算机系统 的引导程序、监控程序、函数表、字符等。
只 读 存 储 器 为 非 易 失 性 存 储 器 (nonvolatile memory)，去掉第电7章源半导，体存所储器存信息不会丢失。
7.2 只读存储器
ROM可分为:
掩膜只读存储器（Mask Read Only Memory，简称 MROM） 可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory， 简称PROM) 紫外线可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，简称EPROM) 电擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，简称EEPROM） Flash存储器(也称快闪存储器)
第7章半导体存储器
7.2.1掩模只读存储器
掩模ROM由地址译码器、存储矩阵、输出
和控制电路组成，如图7-1所示。
码 地 W0 入 地器
址址
存储矩阵 N×M
……
输译 WN-1 D0
……
DM-1
输出及控制电路 第数7章据半导输体存出储器
图7-1 ROM结构图
7.2.1掩模只读字线存储器
掩模ROM
A0
A1 A0 D3 D2 D1 D0
W3 D3 D2 D1 D0
00 0 01 1
10 1 01 1
10 0 1 0 0
11 1 1 1 0
位存 地线址储与译矩字码阵线器的之的输间出输逻和出辑和输关输入系是入为或是：的与D关的0=系关W，系0+这，W种因1 存此储RO矩M阵 是D1一或=W个矩1+多阵W输。3 入D变2=量W（0+地W址2+）W3和多D输3=出W1变+W量3（数据）的 与或逻辑阵列。 第7章半导体存储器
7.1 概 述
⒉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。
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。 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10个地址输入端， 那它就能存2第170章=半1导02体4存个储器字。
7.2.2 可编程只读存储器(PROM)
PROM 的 存 储 内 容 可 以 由 使 用 者 编 制 写 入 ， 但只能写入一次，一经写入就不能再更改。 PROM和ROM的区别在于ROM由厂家编程， 而PROM由用户编程。出厂时PROM的内 容全是1或全是0，使用时，用户可以根据 需要编好代码，写入PROM中。