第10章存储器.ppt

第第10 10章章 存储器存储器10.2 10.2 掩模编程掩模编程ROMROM10.3 10.3 现场可编程现场可编程ROM(PROM)ROM(PROM)10.4 10.4 可擦除可编程可擦除可编程ROM(EPROM)ROM(EPROM)10.1 10.1 存储器的结构存储器的结构作业10.5 10.5 电可擦除可编程电可擦除可编程ROM(EROM(E2 2PROM)PROM)10.6 10.6 静态随机存取存储器静态随机存取存储器(SRAM)(SRAM)10.7 10.7 动态随机存取存储器动态随机存取存储器(DRAM)(DRAM)概述概述概述概述 存储器是各种电子数字计算机的主要存储部件，并存储器是各种电子数字计算机的主要存储部件，并广泛用于其他电子设备中。广泛用于其他电子设备中。对半导体存储器的基本要对半导体存储器的基本要求求是高密度、大容量、高速度、低功耗。是高密度、大容量、高速度、低功耗。存储器按功能可分为只读存储器和随机存取存储器。存储器按功能可分为只读存储器和随机存取存储器。一、一、只读存储器只读存储器(ROM:read-only memory)(ROM:read-only memory)1 1、掩模编程掩模编程ROMROM：它所存储的固定逻辑信息，是由生：它所存储的固定逻辑信息，是由生产厂家通过光刻掩模版来决定的。典型的应用例子如字产厂家通过光刻掩模版来决定的。典型的应用例子如字符发生器。符发生器。2 2、现场可编程现场可编程ROMROM(programmable read-only memory)(programmable read-only memory)PROM(PROM(可编程可编程ROM)ROM)：通常采用熔丝结构，用户可根：通常采用熔丝结构，用户可根据编程的需要，把无用的熔丝烧断来完成编程工作据编程的需要，把无用的熔丝烧断来完成编程工作(即即把信息写入到存储器中把信息写入到存储器中)。但一旦编程完毕，就无法再。但一旦编程完毕，就无法再变更，故用户只可编程变更，故用户只可编程(写写)一次。一次。EPROM(EPROM(可擦除可编程可擦除可编程ROM)ROM)：此类：此类ROMROM存储单元中存存储单元中存储信息的管子采用储信息的管子采用浮栅浮栅(floating-gate)(floating-gate)结构结构，利用浮，利用浮栅上有无电荷来存储信息，当需要重新编程时，可先用栅上有无电荷来存储信息，当需要重新编程时，可先用紫外光或紫外光或X X射线把原存的信息一次全部擦除，再根据需射线把原存的信息一次全部擦除，再根据需要编入新的内容，可反复编程。要编入新的内容，可反复编程。EPROMEPROM不能逐字擦除所不能逐字擦除所存内容，存内容，擦除需要紫外光或擦除需要紫外光或X X射线源射线源，且擦除时间长，且擦除时间长，使用不便。使用不便。EEPROM(EEPROM(电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM，也写做，也写做E E2 2PROM)PROM)：此：此类类ROMROM存储单元中存储信息的管子采用存储单元中存储信息的管子采用浮栅隧道氧化物浮栅隧道氧化物(flotox)(flotox)结构结构，它是利用，它是利用fowlerfowlernordheimnordheim隧道效应隧道效应来实现存储管子中信息的存储和擦除，它可以来实现存储管子中信息的存储和擦除，它可以在较低在较低的电压的电压(约约20V)20V)下实现逐字的擦和写下实现逐字的擦和写。二、二、随机存取存储器随机存取存储器(RAM:random-access memory)(RAM:random-access memory)1 1、SRAM(SRAM(静态随机存取存储器静态随机存取存储器)：其：其存储单元由某种存储单元由某种锁存器作为存储元件锁存器作为存储元件，所以只要不断掉电源，存储的，所以只要不断掉电源，存储的信息就一直保留着。信息就一直保留着。SRAMSRAM的系统设计比较容易，潜在的系统设计比较容易，潜在的故障较少，工作速度快，但功耗大，且占用的芯片的故障较少，工作速度快，但功耗大，且占用的芯片面积大。面积大。2 2、DRAM(DRAM(动态随机存取存储器动态随机存取存储器)：其：其存储单元是利用存储单元是利用一个很小的电容存储电荷来保持信息的一个很小的电容存储电荷来保持信息的。存储在电容上。存储在电容上的电荷会逐渐泄漏，因此必须在电荷完全泄漏掉以前，的电荷会逐渐泄漏，因此必须在电荷完全泄漏掉以前，重新写入信息，即存储单元必须被刷新。重新写入信息，即存储单元必须被刷新。DRAMDRAM的集成度的集成度高、功耗低，但速度不及高、功耗低，但速度不及SRAMSRAM。本章将简要介绍存储器的结构，特别本章将简要介绍存储器的结构，特别是各类存储单元的结构及工作原理。是各类存储单元的结构及工作原理。RAM RAM可以随时将外部信息写入到其中的任何一个单元可以随时将外部信息写入到其中的任何一个单元中去，也可随意地读出任何一个单元中的信息。根据中去，也可随意地读出任何一个单元中的信息。根据存储单元存储信息所用电路的类型，又可分为两类：存储单元存储信息所用电路的类型，又可分为两类：10.1 10.1 存储器的结构存储器的结构1 1、存储体存储体(单元阵列单元阵列)N N代表能存储的代表能存储的字字数数，M M代表每个字的代表每个字的位数位数。存储器的。存储器的存储存储容量容量为为N NM M。2 2、地址译码器地址译码器 为了能正确地写入或读出单元阵列中某一单元的信息，必须把为了能正确地写入或读出单元阵列中某一单元的信息，必须把存储单元编上号码，通过地址来存储单元编上号码，通过地址来“寻找寻找”存储单元。能够实现地存储单元。能够实现地址选择的电路叫做地址译码器。址选择的电路叫做地址译码器。有有n n个地址输入端的存储器，可个地址输入端的存储器，可被寻址的存储单元为被寻址的存储单元为2 2n n个个。由于每个存储单元的电路形式是一样。由于每个存储单元的电路形式是一样的，为了节省芯片面积，它们在集成电路中总是排列成矩阵形式，的，为了节省芯片面积，它们在集成电路中总是排列成矩阵形式，此时，为了选择某一存储单元，需要有此时，为了选择某一存储单元，需要有行地址行地址和和列地址列地址译码器。译码器。每个存储单元有两每个存储单元有两个相对稳定的状态，个相对稳定的状态，以代表所存储的二进以代表所存储的二进制信息制信息(0(0或或1)1)。3 3、读写电路读写电路 存储单元的状态存储单元的状态0 0或或l l，不能直接提供给外电路，必，不能直接提供给外电路，必须经过须经过读出放大器读出放大器的放大。有的存储器对写入信号有的放大。有的存储器对写入信号有特殊要求，此时需要专门的特殊要求，此时需要专门的写入电路写入电路。10.2 10.2 掩模编程掩模编程ROMROM掩模编程的掩模编程的ROMROM可以用接触孔的掩模版来编程，也可以可以用接触孔的掩模版来编程，也可以通过通过“存在存在”和和“不存在不存在”栅开启栅开启MOSMOS管，或利用离子管，或利用离子注入方法使注入方法使MOSMOS管永远截止管永远截止(或永远导通或永远导通)等方法来实现等方法来实现编程。编程。96 96字符发生器的每个字符，由字符发生器的每个字符，由5 59 9个存储单元组成个存储单元组成的点阵构成。通过控制的点阵构成。通过控制4545个点的明暗来显示字符图形。个点的明暗来显示字符图形。存存1 1的单元是亮点，它是薄栅的单元是亮点，它是薄栅MOSMOS管；存管；存0 0的单元是暗点，的单元是暗点，它是厚栅它是厚栅MOSMOS管。管。1 1、存储矩阵存储矩阵 按一定的字形码，把按一定的字形码，把4545个存储单元排成一行，把个存储单元排成一行，把它们的源接地，把它们的它们的源接地，把它们的栅连接在一起栅连接在一起(称为称为字线字线)；把它们的漏端分别引出把它们的漏端分别引出(称称为为位线位线)。每根位线接一个。每根位线接一个负载管通到电源负载管通到电源VDDVDD。把把9696个字符的存储单元排成一行，把相应的位线连个字符的存储单元排成一行，把相应的位线连在一起，就称为在一起，就称为ROMROM存储矩阵存储矩阵。通过使不同的字线处于。通过使不同的字线处于低电平，就可以从位线读出不同字符的字形码。低电平，就可以从位线读出不同字符的字形码。当当字线为高电平字线为高电平时，存时，存l l的薄栅管导通，其位线为低的薄栅管导通，其位线为低电平电平(代表代表1)1)，而存，而存0 0的厚栅管仍不导通，其位线为高的厚栅管仍不导通，其位线为高电平电平(代表代表0)0)。这样，从。这样，从4545根位线就可以读出所储存的根位线就可以读出所储存的字形码，每根位线读出字形码的一位。字形码，每根位线读出字形码的一位。字线字线为铝线，它也作为存为铝线，它也作为存储单元的栅；储单元的栅；位线位线为扩硼为扩硼线，它也作为存储单元的线，它也作为存储单元的漏；在每两根位线中间有漏；在每两根位线中间有一根扩硼线作为一根扩硼线作为地线地线，它，它也作为存储单元的源。也作为存储单元的源。如果存储矩阵采取如果存储矩阵采取9696根字线、根字线、4545根位线的形式，矩阵就成狭长根位线的形式，矩阵就成狭长形，这样，位线的长度就要很长，而使矩阵输出的高电平变低。形，这样，位线的长度就要很长，而使矩阵输出的高电平变低。为了解决这一问题，此电路采用为了解决这一问题，此电路采用4848根字线和根字线和9090根位线矩阵结构，根位线矩阵结构，即每根字线上存储即每根字线上存储2 2个字符信号，个字符信号，9090位输出代表了两个字符的信号，位输出代表了两个字符的信号，这两个字符的分选，则通过列译码列分离达到。这两个字符的分选，则通过列译码列分离达到。2 2、字地字地址译址译码器码器3 3、列选择电路、列选择电路每次输出每次输出5 59 9点阵的一列，有点阵的一列，有1010条列选择线。条列选择线。10.3 10.3 现场可编程现场可编程ROM(PROM)ROM(PROM)掩模编程掩模编程ROMROM是由用户提供码点，而由生产厂家完成制作的，且是由用户提供码点，而由生产厂家完成制作的，且一旦制成则其中存储的信息无法改变。一旦制成则其中存储的信息无法改变。PROMPROM则可允许用户自己根据需要进行一次编程，但用户一旦则可允许用户自己根据需要进行一次编程，但用户一旦写入信息，就不能再改写。写入信息，就不能再改写。PROMPROM一般采用双极型电路。一般采用双极型电路。1 1、熔丝、熔丝型型PROMPROM存储单存储单元是由元是由晶体管晶体管的发射的发射极连接极连接一段镍一段镍铬熔丝铬熔丝组成。组成。在在正常工作电流正常工作电流下，熔丝不会被烧断；而当下，熔丝不会被烧断；而当通过几通过几倍工作电流倍工作电流的情况下，熔丝会立即被烧断。的情况下，熔丝会立即被烧断。当选中某一单元时，若此单元的熔丝未被烧断，则当选中某一单元时，若此单元的熔丝未被烧断，则晶体管导通，回路有电流，表示该单元晶体管导通，回路有电流，表示该单元存储信息存储信息l l；而；而若此单元的熔丝已被烧断，就构不成回路，故无电流若此单元的熔丝已被烧断，就构不成回路，故无电流流通，表示该单元流通，表示该单元存储信息存储信息0 0。因此可以通过。因此可以通过用烧断熔用烧断熔丝的办法来进行编程丝的办法来进行编程。2 2、结破坏型、结破坏型(击穿型击穿型)PROM)PROM结破坏型结破坏型(击穿型击穿型)PROM)PROM存储单元存储单元是一是一双背靠背连接的二极管跨接在对应的双背靠背连接的二极管跨接在对应的字线与位线的交叉处，因此在正常情字线与位线的交叉处，因此在正常情况下它们不导通，芯片中没有写人数况下它们不导通，芯片中没有写人数据，据，一般认为编程前全部单元都为一般认为编程前全部单元都为0 0。当当用户编程用户编程时，通电将要写入时，通电将要写入l l的单元中那只反接的的单元中那只反接的二极