1、只读存取存储器（ROM）,随机存取存储器（RAM）,概述,7.1 概 述,触发器,存储1位二进制信息,寄存器,存储1组二进制信息,存储器,存储信息量比寄存器大的多,把成千上万个存储单元按一定规则组合起来，并辅以必要的控制电路，形成一个存储阵列，这就是半导体存储器。半导体存储器的特点：集成度高、体积小、可靠性高、价格低、外围电路简单且易于接口、便于批量生产等。,7.1.2 半导体存储器的分类,按制造工艺分：双极型和MOS型。,速度快、功耗大、价格高，主要用于对速度要求较高的场合（高速缓存用）,集成度高、功耗低、价格低，大容量存储器都是用MOS工艺制作的（内存）,按存取功能分：顺序存取存储器、随机
2、存取存储器和只读存储器三类。,顺序存取存储器(SAM-Sequential Access Memory )：对信息的存入或取出是按顺序进行的，具有“先入先出”或“先入后出”的特点。,随机存取存储器(RAM- Random Access Memory ) ：可在任何时刻随机地对任一个存储单元直接存取信息。,只读存储器(ROM-Read Only Memory )：只读存储器所存储的信息是事先被固化在存储器中的，其信息可以长期保存，断电也不丢失,7.2 只读存储器（ROM）,7.2.1 ROM的分类,只读存储器可分为以下四类：固定ROM（或称掩膜ROM）可编程ROM（PROM）紫外线可擦除ROM（
3、EPROM）电可擦除可编ROM（E2PROM）快闪存储器（Flash Memory）,只读存储器ROM（Read Only Memory ）在存入数据后一般不能用简单的方法将其更改，并且具有掉电后信息不丢失的特点。,存储阵列是以字来组织内部结构的,字：若干个二进制存储单元 构成一个字。,字长：一个字中所含二进制数的位数称为字长,容量：存储容量等于字数乘以字长。,20488,表示这个RAM芯片有2048个字,每个字的字长是8位,则它的容量为16384位存储单元,存储器的字数常以1024的倍数来表示，并把1024称为1K,2K8,2KB,1、固定只读存储器（ROM）,ROM的基本结构,二极管ROM
4、的结构图,多少个字？ 字长为多少？,1、固定只读存储器（ROM）,二极管ROM的结构图,读出数据时，首先输入地址码，并使三态输出有效。,0,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,有二极管时，相当于在此存储单元中存“1”，否则为“0”,字线与位线的交叉处相当于一个存储单元,固定只读存储器（ROM）,二极管ROM的结构图,1,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,0,有二极管时，相当于在此存储单元中存“1”，否则为“0”,1,图8-5 二极管ROM,图8-6 字的读出方法,在对应的存储单元内存入的是1还是0，是由接入或不接入相应的二极管来决定的。,固定ROM特点：内部信息在芯片制造时由厂家
5、写入用户对这类芯片无法进行任何修改。 掩膜ROM可用二极管构成，也可用双极型管或 MOS管构成。,A B,F=AB,A B C,F,A C,A B C,F,F=A+C,C,输入缓冲器,A,A,点阵形式：,与阵列,或阵列,为了便于表达和设计，通常用点阵形式,在编程前，存储矩阵中的全部存储单元的熔丝都是连通的，即每个单元存储的都是1。用户可根据需要，借助一定的编程工具，将某些存储单元上的熔丝用大电流烧断，该单元存储的内容就变为0，此过程称为编程。熔丝烧断后不能再接上，故PROM只能进行一次编程。,2可编程只读存储器（PROM）,PROM的可编程存储单元,编程前的PROM,存储 矩阵,字线,位线,（
6、1）二极管PROM的结构示意图,7.2 只读存储器（ROM）,2. 各类PROM的存储单元,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,编程后的PROM,7.2 只读存储器（ROM）,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,1,地址译码器,阵 列 逻 辑 图,存储容量=233,例1 已经编程的ROM如图所示： (1)该ROM的容量为多少？ (2)地址001，010，101，111存储的数据是什么？,存储容量=234,F4F3F2F1=0100,F4F3F2F1=1010,F4F3F2F1=0001,F4F3F2F1=1000,3、紫外线可擦除ROM（EPROM）,存储单
7、元采用叠栅注入MOS管,写“0”,写“1”,4、电可擦除ROM（E2PROM）,存储单元采用浮栅隧道氧化层MOS管,它与叠栅MOS管的不同之处在于浮栅延长区与漏区N+之间的交叠处有一个厚度约为8nm的薄绝缘层，当漏极接地，控制栅格GC加上足够高的电压时，交叠区将产生一个很强的电场，在强电场作用下，电子通过绝缘层到达浮栅Gf，使浮栅带负电荷。这一现象称为“隧道效应”，因此，该MOS管也称为隧道MOS管。相反，当控制管接地，漏极加一正电压，则产生与上述相反的过程，即浮栅放电。,5、快闪存储器（ Flash Memory ）,快闪存储器中的叠栅MOS管,1、快闪存储器存储单元MOS管的源极N+区大于
8、 漏极N+区，而SIMOS管的源极N+区和漏极N+区是对称的； 2、是浮栅到P型衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄。,5、快闪存储器（ Flash Memory ）,快闪存储器中的叠栅MOS管,写入采用雪崩注入方式使浮栅充电；擦除采用栅源接-12v电源产生隧道效应，电荷经隧道释放。,图7.2.14 快闪存储器的存储单元,返回,7.2.3 ROM存储容量的扩展,当一片ROM不能满足存储容量需要时，就得将若干片ROM组合起来，扩展成满足存储容量要求的存储器。ROM的扩展分为字扩展和位扩展。,用1K4 ROM扩展成1K8位存储器,用1K4 ROM扩展成2K4位存储器,用1K4 ROM扩展成2K8
9、位存储器,1. 位扩展（字长扩展）,若只需扩展位数不需扩展字数时注意事项:,1) 把若干片位数相同的RAM芯片地址线共用,3）每个RAM片的I/O端并行输出,五.ROM容量的扩展,（1）字长的扩展（位扩展）,现有型号的EPROM，输出多为8位。 下图是将两片2764扩展成8k16位EPROM的连线图。,用8片2764扩展成64k8位的EPROM：,（2）字数扩展（地址码扩展）,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,A,A,O,O,O,CS,OE,0,0,12,7,OE,0,A,A,12,D,D,7,0,O,.,.,0,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,12,0,A,7,O,OE
10、,A,CS,O,O,.,.,0,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,12,0,A,7,O,OE,A,CS,O,.,.,.,.,.,A,A,Y,Y,G,G,0,0,A,1,2,G,1,7,.,.,.,.,Y,1,2764,2764,2764,74LS138,U1,U2,U8,+5V,A,A,A,13,14,15,2A,2B,13,13,13,13,8,8,8,8,地址总线,数据总线,【解】（1）写出各函数的标准与或表达式： 按A、B、C、D顺序排列变量，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。,2.实现任意组合逻辑函数,【例】试用ROM实现下列函数：,（2）选用164位ROM，画存储矩阵连
11、线图：,7.3 RAM,存储矩阵,三组输入信号：地址输入、控制输入和数据输入 一组输出信号：数据输出 大容量RAM数据输入输出合为双向端口,7.3.1RAM的结构,图中的每个地址译码选通时有四个存储单元同时输入输出；存储器容量为256字4位1024bit,1.存储器存储矩阵结构,3 RAM的存储单元,例： 六管NMOS静态存储单元,（1）写入过程：例如写入“1”,（2）读出过程：例如 读出“1”,T1、T2为NMOS非门， T3、T4也为NMOS非门， 两个非门交叉连接组成 基本触发器存储数据。 T5、T6为门控管。 T7、T8是每一列共用的门控管。,1,1,0,0,0,1,0,1,1,0,动
12、态存储单元,利用触发器保存数据 写入时在D和/D上加上反相信号，引起触发器的翻转即可 数据读出非破坏性，一次写入，可以反复读出 存储单元占用管元多，每比特面积大、功耗高,动态存储单元,利用栅级电容上的存储电荷保存数据 写入过程是给电容充电或放电的过程 破坏性读出 存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储 需要刷新时序控制,存储单元特点比较：,静态存储单元,7.1.1 RAM的结构,利用触发器保存数据 写入时在D和/D上加上反相信号，引起触发器的翻转即可 数据读出非破坏性，一次写入，可以反复读出 存储单元占用管元多，每比特面积大、功耗高,动态存储单元,利用栅级电容上的存储电荷保存数据 写入过
13、程是给电容充电或放电的过程 破坏性读出 存储单元管元少、面积小、功耗低、利于海量存储 需要刷新时序控制,存储单元特点比较：,静态存储单元,7.1.1 RAM的结构,片选及输入/输出控制电路,当选片信号CS1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3均处于高阻状态，输入/输出（I/O）端与存储器内部完全隔离，存储器不工作；,1,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,2561位RAM结构示意图,10244位RAM（2114）结构示意图,6.3.3 RAM存储容量的扩展,当一片RAM不能满足存储容量需要时，就得将若干片RAM组合起来，扩展成满足存储容量要求的存储器。RAM的扩展分为字扩展和位扩
14、展。,用1K4 RAM扩展成1K8位存储器,用1K4 RAM扩展成2K4位存储器,用1K4 RAM扩展成2K8位存储器,用1K1RAM扩展成1K8位存储器,1. 位扩展（字长扩展）,若只需扩展位数不需扩展字数时注意事项:,1) 把若干片位数相同的RAM芯片地址线共用,3）每个RAM片的I/O端并行输出,用8片1K1位RAM构成的1K8位RAM系统。,10241RAM,R/W,CS,A,R/W,I/O,I/O,.,如：N=10248/1024 4=2,用1K4 RAM扩展成1K8位存储器,2.字扩展(地址扩展),1) 把原地址线共用, I/O端共用,3）根据需要再增加适当的地址线去控制,例如:256 4 RAM扩展成1K 4,N=,1K 4,256 4,=4片,字数的扩展,3. RAM的字与位同时扩展字与位同时扩展，一般最好先进行位扩展然后再进行字扩展。,用642 RAM扩展成2564位存储器,642,644,2564,返回,
