第 12 章半导体存储器

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第 12 章半导体存储器

孙卫强


内容提要概述只读存储器（ ROM ）随机存储器（ RAM ）存储器容量的扩展用存储器实现逻辑函数


存储器

随机存取存储器混合型存储器只读存储器

SRAM DRAM NVRAM Flash EEPROM EPROM PROM MaskedROM

FPM-DRAM EDRAM EDO DRAM SDRAM RAMBUS RAM

存储器的分类


存储器




存储器的分类

计算机系统里面常用的半导体存储器类型


Type 是否易失是否可写擦除大小最大擦除次数每 byte 价格速度

SRAM Yes Yes Byte Unlimited Expensive Fast

DRAM Yes Yes Byte Unlimited Moderate Moderate

Masked ROM No No n/a n/a Inexpensive Fast

PROM No 一次 n/a n/a Moderate Fast

EPROM No 需要编程器 Entire Chip Limited (consult datasheet) Moderate Fast

EEPROM No Yes Byte Limited (consult datasheet) ExpensiveFast to read, slow to

erase/write

Flash No Yes Sector Limited (consult datasheet) ModerateFast to read, slow to

erase/write

NVRAM No Yes Byte UnlimitedExpensive (SRAM + battery)

Fast

各种存储器特性比较


只读存储器 ROM 掩膜只读存储器 (Masked ROM) 可编程只读存储器 (PROM) 可擦除的可编程只读存储器 (EPROM) 电可擦除可编程只读存储器 (E2PROM) Flash


ROM 输入和输出地址输入端 Ax 数据输出端 Dx 片选端 CE 输出使能 OE


掩膜只读存储器 (Masked ROM)

容量 :8 个 4bit 数

wordline: 字线

bitline: 位线


ROM 结构

+

-

CMOS 反相器

二极管的导通与截至


ROM 结构

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

0

0


ROM 结构

1

0

1

0

1

0

0

交叉点有二极管：存储 1否则，存储 0



在存储矩阵中，有二极管的点相当于存 1 ；否则是存 0 。

wordline

bitline

该存储器的容量

wordline: 字线，用来选择一个字

bitline: 位线，用来选择一个 bit

4 个 4bit数



去往存储矩阵

A1A0 输入某组合时，选通W0W3 中的一个，输出为高。

0

1

字线 (Word Line)



1 0 0 0

1

0

0

1

字线中的一个被选通（为高）时，相应交叉点的二极管导通，把位线拉高。

位线 (Bit Line)

字线 (Word Line)


用 MOS 管构成的存储矩阵字线，来自地址译码器

位线


使用二维译码的 ROM

字线

位线

容量： 8×16

容量： 128×1


使用二维译码 ROM 实现逻辑函数 ?

在 128 个交叉点中合适的位置放上二极管 .

D0=A6’A5A4’A3’A2’A1’A0


线与和线或

上拉电阻和线与结构

VDD

A

B

C

D

Y

Y=ABCD

A

B

C

D

Y

Y=A+B+C+D

下拉电阻和线或结构




可编程只读存储器 (PROM)

在所有交叉点上都配置三极管（缺省存入 1 ）

编程时将不需要的三极管对应的熔丝烧断即可

熔丝被烧断的交叉点存储 0 ，否则存储 1


PROM 和编程器

万能编程器

PROM

编程使能端




可擦除的可编程只读存储器 (EPROM) 紫外线可擦除 ROM




存储器存储器





静态 RAM(SRAM) 地址输入端 An-1..A0

数据输入端 DINb-1..0

数据输出端 DOUTb-1..0

片选 CS 写使能 WE 输出使能 OE


SRAM 操作时序—读时序


SRAM 的基本单元

IN: 数据输入 SEL_L: 片选 , 低有效 WR_L: 写使能 , 低有效当 SEL_L 有效时，数据被输出当 SEL_L 和 WR_L 同时有效时，数据被写入单元


SRAM

这是异步的 SRAM ！


DRAM (Dynamic RAM)

结构较 SRAM 简单，容易大规模集成使用比较复杂，需要定期充电

由 DRAM 控制器 (DRAM controller 完成 )


几个新名词 DDR ： Double Data Rate ，双倍速率 QDR ： Quda Data Rate ，四倍速率


内容提要概述只读存储器（ ROM ）随机存储器（ RAM ）存储器容量的扩展用存储器实现逻辑函数


存储器的容量扩展（一）一、位扩展

将 8 片 1024*1 的 RAM 扩展成 1024*8 的 RAM

要点：所有 RAM 使用相同的控制线和地址线。


存储器的容量扩展（二）二、字扩展

将 4 片 256*8 的 RAM 扩展成 1024*8 的 RAM

要点：所有 RAM 使用相同的地址线和读写控制线，但是片选信号不同，由译码器产生。


小结 ROM

掩模 ROM PROM,EPROM, EEPROM(E2PROM) FLASH, NVRAM

RAM SRAM,DRAM

RAM 扩展位扩展，字扩展

用存储器实现逻辑函数


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第 12 章 半导体存储器

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