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 存储器容量的扩展
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
7.1 概述半导体存储器：能存储大量二值信息的器件输出缓冲器
I/O
三态控制三态控制存储单元数目庞大；器件的输入/输出引脚数目有限分类——
从存 /取功能分：
①只读存储器（ ROM）
ROM
PROM
②随机存储器（ RAM）
从工艺分：
①双极型 ②MOS 型
EPROM
掩模可编程可擦除的可编程
RAM
RAM
静态动态
7.2 ROM
7.2.1 掩模 ROM
采取按地址存放数据的方法地址 数据
A
1
A
0
D
3
D
2
D
1
D
0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
字线位线
D
0
D
m
W
0
W
(2n-1)
A
0
~ A
n-1
二极管 ROM的电路结构图二极管 ROM的电路结构图
存储矩阵的每个交叉点是一个,存储单元,，存储单元中有器件存入,1”，无器件存入,0”
存储器的容量 =字数 x 位数
掩模 ROM的特点,出厂时内部存储数据已经固化，不能更改；适合大量生产，电路结构简单，便宜，断电后数据不会丢失。
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同熔丝由易熔合金制成；
出厂时,；
编程写每个结点上都有熔丝将不用是一次入时用编程器性编程；
不熔断
，
的能改写。
7.2.3 可擦除的可编程 ROM（ EPROM）
一、用紫外线擦除的 EPROM（ UVE-PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同
MOS SIMOS
存储叠单元采用：
栅注入 管( 管)
:
:
c
f
G
G
控制栅浮置栅
f
f
c
c
G
G
G
G若 上未注电荷，
若 上已注电荷，
则 处正常逻辑高电平下导通则 处正常逻辑高电平下不导通
2
20 ~ 30 3
c
f
f
DS
G
SiO G
G
间加高压，将发生雪崩击穿现象
同时在 上加以高压脉冲，则将吸引高速
电子穿过 层到达,形成注入电荷照射栅极氧化层，产生电子 空穴对，
为 上的电荷提供泄放通写入1
道，使之放电。
紫外线照射 分钟（阳光下一周，荧光
：
除：
灯下擦年）
二、电可擦除的可编程 ROM（ E
2
PROM）
UVEPRO
MOS
M为克服 擦除慢，操作不便浮栅隧道氧采用 化层的缺点管
8
2
210
f
GD SiO m
<×
与 之间的 厚度,称之为隧道区，
当场强达到一定大小时，电子会穿越隧道,隧道效应”
0
f
G 上电荷经隧道区放电降低了MOS管的开启电压放：
，写入电
1
f
G→电子经隧道区提高了MOS管的开启电
（擦除）充,
压，写入电
1
1
3
3
C
C
f
f
G
G
GV T
GV T
未充电荷，
充电荷后读出时 加 电压,导通读出时 加 电压，,截止三、快闪存储器（ Flash Memory）
为提高集成度，省去选通管 T
2
，改用叠栅 MOS管
2
0
0
fi
f
ss c
css
f
GSO
G
DV G
GV
GS
与衬底间的 更薄利用雪崩注入方式向 充电，
加正压,接 电平,加正脉冲接 电平,加正脉冲，
利用 与 区的写入：
擦除：
隧道区放电
=5,
=0
=1
f
i
j
f j
WV V
B
B
G
G
SS
读出状态：,V =0
MOS若 未充电荷，
若 已充电荷，
管导通，
MOS管截止，
7.3 随机存储器RAM
7.3.1 静态随机存储器（ SRAM）
A
0
A
1
A
2
A
9
1024×4位RAM 2114结构框图
SRAM的存储单元
14
~TTSR为 锁存器，
记忆二值代码
56
1
i
jj
QQ
XT
BB
T
′′
=
、与则、
、
导通，
接通六管 N沟道增强型 MOS管
78
1
j
Y
TT
i
j
=
时，所在列被选中，
,导通，
与缓冲器第相连第行列
1
23
0
/
/1A
AA Q I
RW
O
CS
′
′
→
=
=
则导若,通，
当时，
与截 止，,
读操作
1
23
/0
/
RW A
A AIOQ
=
→
′
则 截止，
与若，
导通，,
写操作
7.3.2* 动态随机存储器（ DRAM）
动态存储单元利用 MOS管栅极电容 可以存储电荷的原理
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式适用于每片 RAM或 ROM字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片1024 x 1位的RAM → 1024 x 8位的RAM
7.4.2 字扩展方式适用于每片 RAM或者 ROM位数够用而字数不够时
SC
WR
AA
OIOI
′
′
片选信号：
写信号：读地址线：
数据线：
/
70
70
~
~
1024 x 8
RAM
70
OIOI,.....................
9870
AAAA,,.....,WR ′
WR
AAAA
OIOI
′
写信号：读地址线：
数据线：
/
9870
70
,,~
~
例：用四片256 x 8位→1024 x 8位 RAM
0~9
256 4 1024 ( )A每一片有 个字，片有 个字，需要编成1024个地址
98
AA用地址位的最高两位,
的代码区分四片RAM
70 70 70 70
00 ~,01 ~,10 ~,11 ~
0 ~ 255 256 ~ 511 512 ~ 767 768 ~ 1023
A AAAAAAA
四片的地址分配就是——
000111
011011
101101
111110
98
A A
1234
CS CS CS CS
′′′′
7.5 用存储器实现组合逻辑函数基本原理——
从 ROM的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的输出逻辑函数地址 数据
A
1
A
0
D
3
D
2
D
1
D
0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
1
2
3
4
YABCABC
Y ABCD BCD ABCD
Y ABCD ABCD
YABCDAB
O
C
RM
D
′′′
=+
′′ ′′
=++
′′′′
=+
′′ ′
=+
用 产生如下多输 逻例如 出辑函,数
=
=
=
=
∑
∑
∑
∑
),(
),(
),,,(
),,,(
152
144
141076
7632
4
3
2
1
mY
mY
mY
mY
=
=
=
=
∑
∑
∑
∑
),(
),(
),,,(
),,,(
152
144
141076
7632
4
3
2
1
mY
mY
mY
mY
作业
7.5 7.8 7.9 7.10
7.1 概述
7.2 只读存储器（ROM ）
7.3 随机存储器（RAM ）
7.4 存储器容量的扩展
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
7.1 概述半导体存储器：能存储大量二值信息的器件输出缓冲器
I/O
三态控制三态控制存储单元数目庞大；器件的输入/输出引脚数目有限分类——
从存 /取功能分：
①只读存储器（ ROM）
ROM
PROM
②随机存储器（ RAM）
从工艺分：
①双极型 ②MOS 型
EPROM
掩模可编程可擦除的可编程
RAM
RAM
静态动态
7.2 ROM
7.2.1 掩模 ROM
采取按地址存放数据的方法地址 数据
A
1
A
0
D
3
D
2
D
1
D
0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
字线位线
D
0
D
m
W
0
W
(2n-1)
A
0
~ A
n-1
二极管 ROM的电路结构图二极管 ROM的电路结构图
存储矩阵的每个交叉点是一个,存储单元,，存储单元中有器件存入,1”，无器件存入,0”
存储器的容量 =字数 x 位数
掩模 ROM的特点,出厂时内部存储数据已经固化，不能更改；适合大量生产，电路结构简单，便宜，断电后数据不会丢失。
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同熔丝由易熔合金制成；
出厂时,；
编程写每个结点上都有熔丝将不用是一次入时用编程器性编程；
不熔断
，
的能改写。
7.2.3 可擦除的可编程 ROM（ EPROM）
一、用紫外线擦除的 EPROM（ UVE-PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同
MOS SIMOS
存储叠单元采用：
栅注入 管( 管)
:
:
c
f
G
G
控制栅浮置栅
f
f
c
c
G
G
G
G若 上未注电荷，
若 上已注电荷，
则 处正常逻辑高电平下导通则 处正常逻辑高电平下不导通
2
20 ~ 30 3
c
f
f
DS
G
SiO G
G
间加高压，将发生雪崩击穿现象
同时在 上加以高压脉冲，则将吸引高速
电子穿过 层到达,形成注入电荷照射栅极氧化层，产生电子 空穴对，
为 上的电荷提供泄放通写入1
道，使之放电。
紫外线照射 分钟（阳光下一周，荧光
：
除：
灯下擦年）
二、电可擦除的可编程 ROM（ E
2
PROM）
UVEPRO
MOS
M为克服 擦除慢，操作不便浮栅隧道氧采用 化层的缺点管
8
2
210
f
GD SiO m
<×
与 之间的 厚度,称之为隧道区，
当场强达到一定大小时，电子会穿越隧道,隧道效应”
0
f
G 上电荷经隧道区放电降低了MOS管的开启电压放：
，写入电
1
f
G→电子经隧道区提高了MOS管的开启电
（擦除）充,
压，写入电
1
1
3
3
C
C
f
f
G
G
GV T
GV T
未充电荷，
充电荷后读出时 加 电压,导通读出时 加 电压，,截止三、快闪存储器（ Flash Memory）
为提高集成度，省去选通管 T
2
，改用叠栅 MOS管
2
0
0
fi
f
ss c
css
f
GSO
G
DV G
GV
GS
与衬底间的 更薄利用雪崩注入方式向 充电，
加正压,接 电平,加正脉冲接 电平,加正脉冲，
利用 与 区的写入：
擦除：
隧道区放电
=5,
=0
=1
f
i
j
f j
WV V
B
B
G
G
SS
读出状态：,V =0
MOS若 未充电荷，
若 已充电荷，
管导通，
MOS管截止，
7.3 随机存储器RAM
7.3.1 静态随机存储器（ SRAM）
A
0
A
1
A
2
A
9
1024×4位RAM 2114结构框图
SRAM的存储单元
14
~TTSR为 锁存器，
记忆二值代码
56
1
i
jj
XT
BB
T
′′
=
、与则、
、
导通，
接通六管 N沟道增强型 MOS管
78
1
j
Y
TT
i
j
=
时，所在列被选中，
,导通，
与缓冲器第相连第行列
1
23
0
/
/1A
AA Q I
RW
O
CS
′
′
→
=
=
则导若,通，
当时，
与截 止，,
读操作
1
23
/0
/
RW A
A AIOQ
=
→
′
则 截止，
与若，
导通，,
写操作
7.3.2* 动态随机存储器（ DRAM）
动态存储单元利用 MOS管栅极电容 可以存储电荷的原理
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式适用于每片 RAM或 ROM字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片1024 x 1位的RAM → 1024 x 8位的RAM
7.4.2 字扩展方式适用于每片 RAM或者 ROM位数够用而字数不够时
SC
WR
AA
OIOI
′
′
片选信号：
写信号：读地址线：
数据线：
/
70
70
~
~
1024 x 8
RAM
70
OIOI,.....................
9870
AAAA,,.....,WR ′
WR
AAAA
OIOI
′
写信号：读地址线：
数据线：
/
9870
70
,,~
~
例：用四片256 x 8位→1024 x 8位 RAM
0~9
256 4 1024 ( )A每一片有 个字，片有 个字，需要编成1024个地址
98
AA用地址位的最高两位,
的代码区分四片RAM
70 70 70 70
00 ~,01 ~,10 ~,11 ~
0 ~ 255 256 ~ 511 512 ~ 767 768 ~ 1023
A AAAAAAA
四片的地址分配就是——
000111
011011
101101
111110
98
A A
1234
CS CS CS CS
′′′′
7.5 用存储器实现组合逻辑函数基本原理——
从 ROM的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的输出逻辑函数地址 数据
A
1
A
0
D
3
D
2
D
1
D
0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
1
2
3
4
YABCABC
Y ABCD BCD ABCD
Y ABCD ABCD
YABCDAB
O
C
RM
D
′′′
=+
′′ ′′
=++
′′′′
=+
′′ ′
=+
用 产生如下多输 逻例如 出辑函,数
=
=
=
=
∑
∑
∑
∑
),(
),(
),,,(
),,,(
152
144
141076
7632
4
3
2
1
mY
mY
mY
mY
=
=
=
=
∑
∑
∑
∑
),(
),(
),,,(
),,,(
152
144
141076
7632
4
3
2
1
mY
mY
mY
mY
作业
7.5 7.8 7.9 7.10
