1重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
7.1 概述
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
2重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
定义,用半导体器件来存储二值信息的大规模集成电路；
特点,集成度高, 体积小, 可靠性高, 外围电路简单且易于接口,
便于自动化生产 。
用途：
① 计算机 （ 内存, 超高速缓存, 外部数据存储器和程序存贮
器等 ）
② 某些数字系统 （ 如数码相机 ）
§ 7.1.1 半导体存储器的特点与应用
3重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
1,按制造工艺分
?双极型,速度快, 功耗大, 价格高, 如作高速缓存；
?MOS 型,集成度高, 功耗小, 工艺简单, 价格低, 如作电脑内存 。
2,按存取方式分
?顺序存取存贮器 (SAM):只能有序访问, 有 FIFO和 FILO两种,断电数据消失
?随机存取存贮器 (RAM):用地址访问任一单元, 可读写,断电数据消失
?只读存贮器 (ROM):用地址访问任一单元, 只可读, 可长期保存数据
(固定 ROM,PROM,EPROM,EEPROM,Flash Menory)
3,按接口方式分
?并行存储器,一次存取一个字节；
?串行存储器,多次存取 （ 串并转换 ） 一个字节 。
§ 7.1.2 分类
4重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
1,存贮容量
定义,存贮二值信息的多少, 用 Bit或 Byte为单位 。 1K=1024=210
【 例 】, 某存贮器容量是 8 K Byte,表示有 8× 1024× 8 Bit。
最大的 >109Bit/片, 即 128M Byte
3,存取时间
定义,连续两次读取 （ 或写入 ） 操作所间隔的最短时间 。
时间越短, 速度越高 。 最快的 <10ns
§ 7.1.3 主要技术指标
5重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
6重大通信学院 ?何伟
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
1,SAM,顺序存取存贮器 (Sequential Access Memory),只能依次存
取的存贮器, 由移位型存贮器构成 。
2,FIFO,先进先出存贮器 (First-In First-Out),可作数字式延时线 。
3,FILO,先进后出存贮器 (First-In Last-Out), 用作堆栈或数据延
迟 。
4,动态存贮器,利用 MOS管栅极与基片间的输入电容来存贮信息,由
于有漏电,需要刷新操作 。
5,刷新 (再生 ),为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失, 必
须定时给栅极电容补充电荷的操作 。
6,刷新时间,定期进行刷新操作的时间 。 该时间必须小于栅极电容
自然保持信息的时间 （ 小于 2ms） 。
本节只要求掌握如下概念：
7重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
?7.2顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
8重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.1 RAM的结构
1,存贮矩阵
① 由存贮单元排列成行, 列形式, 每个单元存贮 1Bit信息 。
② 矩阵排列？ 是为了地址译码更简单 。
2,地址译码器
3,片选与 I/O控制电路
I/O──数据端, 双向, 三态输出
RAM(Random Access Memory):通过地址译码和读写控制, 可随机访
问任一存贮单元 。
──读, 写控制端WR/
CS ──片选端，
9重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
改错！
10重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
1．静态存贮单元（ SRAM）
存贮原理：
由 FF自保功能存储数据，六管基本
单元。
§ 7.3.2 RAM存储单元
优点,速度快、使用简单，不需刷新，
静态功耗极低
缺点,集成度不高，功耗较大
常用 SRAM：
6116（ 2k× 8位 ）, 6264（ 8k× 8位 ）,
62256（ 32k× 8位 ）, 2114（ 8k× 4位 ）
11重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
2．动态存贮单元（ DRAM）
存贮原理,由栅极电容存储数据，需刷新，（三管基本单元、单管
基本单元。）
优点,集成度高、功耗低
缺点,速度慢，使用较复杂
12重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.3 6264简介
工作电流,40mA
维持电流：仅 2μA，适宜掉电保护
13重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.4 存储容量的扩展
1,位扩展
14重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
2,字扩展
15重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
16重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
?7.2顺序存取存储器 (SAM)
?7.3随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
17重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.1 固定 ROM
特点,出厂时存贮数据已按用户要求, 固化,, 不能修改 。
优点,结构简单、集成度高、价格便宜。
RAM：掉电将丢失数据, 常用作数据存贮器
ROM：掉电不丢失数据, 常用于存贮程序, 表格, 函数及常数等 。
18重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
19重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
构成 E/E
MOS反向器
20重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.2 PROM
特点,出厂时存贮区为空白
（ 全, 1”）, 可由用
户自己写入数据 。
优点,可编程、速度高
缺点,只能编程一次
21重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM 1,EPROM
① 工作原理,采用叠层栅利用雪崩效应注入 MOS管工艺 。 未注入电荷时存
贮单元输出为 1,注入负电荷后输出为 0。
② 编程,叠层栅管漏源加高压 （ 如 +25V,+12.5V）, 在控制栅极加高压正
脉冲 （ 如 50ms宽, 25V正脉冲 ）, 引起雪崩, 注入负电荷可长期
保存 。
③ 读出,凡注负电荷的单元, 其 VGS（ th） 很高, 在正常 +5V电压下不能使
其导通, 经反相后输出为 0。 如图 7-4-2
22重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
构成 E/E
MOS反向器
23重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM 1,EPROM
① 工作原理,采用叠层栅利用雪崩效应注入 MOS管工艺 。 未注入电荷时存
贮单元输出为 1,注入负电荷后输出为 0。
② 编程,叠层栅管漏源加高压 （ 如 +25V,+12.5V）, 在控制栅极加高压正
脉冲 （ 如 50ms宽, 25V正脉冲 ）, 引起雪崩, 注入负电荷可长期
保存 。
③ 读出,凡注负电荷的单元, 其 VGS（ th） 很高, 在正常 +5V电压下不能使
其导通, 经反相后输出为 0。 如图 7-4-2读取时间为 250~450ns
只能整
体擦除
④ 擦除,在强紫外线光照射窗口下, 只需几分钟就能使浮栅上的电子获得
足够的光能量, 而穿过绝缘层回到衬底中, 使芯片变为空白 。
24重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
⑤ 特点：
?避光可保存 10年以上
?开口阳光下工作一周数据即消失
?可反复擦写几百次
?需专用的编程器和擦除器
⑥ 优点,集成度高；
⑦ 缺点,使用不方便 （ 编程, 擦除 ）
⑧ 常用 EPROM,2716（ 2k× 8位 ）, 2764（ 8k× 8位 ）, 27256（ 32k× 8
位 ）, 27512（ 64k× 8位 ）
25重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM
2,EEPROM
① 工作原理,利用隧道效应注入或释放电子 。
② 特点：
?写入擦除可同时完成；
?不需专门的编程器和擦除器；
?写入擦除脉冲为 20V,10ms,新型的 （ 由于内部有升压电路 ） 5V,10ms
?读取时间为 200~250ns；
?数据可存 5~10年, 甚至 20年, 寿命 100~1万次；
?有字节擦除功能, 使用灵活 。
③ 缺点,集成度不高 。
26重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM
3,Flash Memory（ 快闪存储器 ）
① 原理,利用雪崩效应写入, 利用隧道效应擦除 。
② 特点：
?既具有 EPROM结构简单, 编程可靠的特点, 又具有 E2PROM的电编程
擦除的特性；
?高速写入与擦除, 整体擦除仅需 1秒钟；
写入脉冲,12V,10us（ 老型 ）
5V,10us（ 新型 ）
?集成度非常高, 可达 64M位；
?寿命 1万 ~10万次；
?读取时间为 60~200ns,因此速度较快 。
③ 缺点,不可字节擦除 。
27重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4,4 用 ROM实现组合逻辑函数
?ROM,地址译码 —— 与阵列（固定） → 输入变量数据 —— 或阵列（可编程） → 输出变量 多输出变量组合逻辑函数
结论,由于与阵列包含了全部最小项, 所以只要向 ROM中写入合适的数据,
用 ROM可实现组合函数 。
【 例 7-1 】 用 PROM构成一个码型转换器,
将 4位二进制码 B3B2B1B0转换为
循环码 G3G2G1G0
28重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
29重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.5 EPROM集成片简介
30重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
【 第七章 习题 】
P273：
4,5,6
第七章 半导体存储器
主要内容
7.1 概述
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
2重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
定义,用半导体器件来存储二值信息的大规模集成电路；
特点,集成度高, 体积小, 可靠性高, 外围电路简单且易于接口,
便于自动化生产 。
用途：
① 计算机 （ 内存, 超高速缓存, 外部数据存储器和程序存贮
器等 ）
② 某些数字系统 （ 如数码相机 ）
§ 7.1.1 半导体存储器的特点与应用
3重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
1,按制造工艺分
?双极型,速度快, 功耗大, 价格高, 如作高速缓存；
?MOS 型,集成度高, 功耗小, 工艺简单, 价格低, 如作电脑内存 。
2,按存取方式分
?顺序存取存贮器 (SAM):只能有序访问, 有 FIFO和 FILO两种,断电数据消失
?随机存取存贮器 (RAM):用地址访问任一单元, 可读写,断电数据消失
?只读存贮器 (ROM):用地址访问任一单元, 只可读, 可长期保存数据
(固定 ROM,PROM,EPROM,EEPROM,Flash Menory)
3,按接口方式分
?并行存储器,一次存取一个字节；
?串行存储器,多次存取 （ 串并转换 ） 一个字节 。
§ 7.1.2 分类
4重大通信学院 ?何伟
7.1 概述
1,存贮容量
定义,存贮二值信息的多少, 用 Bit或 Byte为单位 。 1K=1024=210
【 例 】, 某存贮器容量是 8 K Byte,表示有 8× 1024× 8 Bit。
最大的 >109Bit/片, 即 128M Byte
3,存取时间
定义,连续两次读取 （ 或写入 ） 操作所间隔的最短时间 。
时间越短, 速度越高 。 最快的 <10ns
§ 7.1.3 主要技术指标
5重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
6重大通信学院 ?何伟
7.2 顺序存取存储器 (SAM)
1,SAM,顺序存取存贮器 (Sequential Access Memory),只能依次存
取的存贮器, 由移位型存贮器构成 。
2,FIFO,先进先出存贮器 (First-In First-Out),可作数字式延时线 。
3,FILO,先进后出存贮器 (First-In Last-Out), 用作堆栈或数据延
迟 。
4,动态存贮器,利用 MOS管栅极与基片间的输入电容来存贮信息,由
于有漏电,需要刷新操作 。
5,刷新 (再生 ),为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失, 必
须定时给栅极电容补充电荷的操作 。
6,刷新时间,定期进行刷新操作的时间 。 该时间必须小于栅极电容
自然保持信息的时间 （ 小于 2ms） 。
本节只要求掌握如下概念：
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第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
?7.2顺序存取存储器 (SAM)
7.3 随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
8重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.1 RAM的结构
1,存贮矩阵
① 由存贮单元排列成行, 列形式, 每个单元存贮 1Bit信息 。
② 矩阵排列？ 是为了地址译码更简单 。
2,地址译码器
3,片选与 I/O控制电路
I/O──数据端, 双向, 三态输出
RAM(Random Access Memory):通过地址译码和读写控制, 可随机访
问任一存贮单元 。
──读, 写控制端WR/
CS ──片选端，
9重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
改错！
10重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
1．静态存贮单元（ SRAM）
存贮原理：
由 FF自保功能存储数据，六管基本
单元。
§ 7.3.2 RAM存储单元
优点,速度快、使用简单，不需刷新，
静态功耗极低
缺点,集成度不高，功耗较大
常用 SRAM：
6116（ 2k× 8位 ）, 6264（ 8k× 8位 ）,
62256（ 32k× 8位 ）, 2114（ 8k× 4位 ）
11重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
2．动态存贮单元（ DRAM）
存贮原理,由栅极电容存储数据，需刷新，（三管基本单元、单管
基本单元。）
优点,集成度高、功耗低
缺点,速度慢，使用较复杂
12重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.3 6264简介
工作电流,40mA
维持电流：仅 2μA，适宜掉电保护
13重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
§ 7.3.4 存储容量的扩展
1,位扩展
14重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
2,字扩展
15重大通信学院 ?何伟
7.3 随机存取存储器 (RAM)
16重大通信学院 ?何伟
第七章 半导体存储器
主要内容
?7.1概述
?7.2顺序存取存储器 (SAM)
?7.3随机存取存储器 (RAM)
7.4 只读存储器 (ROM)
17重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.1 固定 ROM
特点,出厂时存贮数据已按用户要求, 固化,, 不能修改 。
优点,结构简单、集成度高、价格便宜。
RAM：掉电将丢失数据, 常用作数据存贮器
ROM：掉电不丢失数据, 常用于存贮程序, 表格, 函数及常数等 。
18重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
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7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
构成 E/E
MOS反向器
20重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.2 PROM
特点,出厂时存贮区为空白
（ 全, 1”）, 可由用
户自己写入数据 。
优点,可编程、速度高
缺点,只能编程一次
21重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM 1,EPROM
① 工作原理,采用叠层栅利用雪崩效应注入 MOS管工艺 。 未注入电荷时存
贮单元输出为 1,注入负电荷后输出为 0。
② 编程,叠层栅管漏源加高压 （ 如 +25V,+12.5V）, 在控制栅极加高压正
脉冲 （ 如 50ms宽, 25V正脉冲 ）, 引起雪崩, 注入负电荷可长期
保存 。
③ 读出,凡注负电荷的单元, 其 VGS（ th） 很高, 在正常 +5V电压下不能使
其导通, 经反相后输出为 0。 如图 7-4-2
22重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
与阵列
或阵列
构成 E/E
MOS反向器
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§ 7.4.3 EPROM & EEPROM 1,EPROM
① 工作原理,采用叠层栅利用雪崩效应注入 MOS管工艺 。 未注入电荷时存
贮单元输出为 1,注入负电荷后输出为 0。
② 编程,叠层栅管漏源加高压 （ 如 +25V,+12.5V）, 在控制栅极加高压正
脉冲 （ 如 50ms宽, 25V正脉冲 ）, 引起雪崩, 注入负电荷可长期
保存 。
③ 读出,凡注负电荷的单元, 其 VGS（ th） 很高, 在正常 +5V电压下不能使
其导通, 经反相后输出为 0。 如图 7-4-2读取时间为 250~450ns
只能整
体擦除
④ 擦除,在强紫外线光照射窗口下, 只需几分钟就能使浮栅上的电子获得
足够的光能量, 而穿过绝缘层回到衬底中, 使芯片变为空白 。
24重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
⑤ 特点：
?避光可保存 10年以上
?开口阳光下工作一周数据即消失
?可反复擦写几百次
?需专用的编程器和擦除器
⑥ 优点,集成度高；
⑦ 缺点,使用不方便 （ 编程, 擦除 ）
⑧ 常用 EPROM,2716（ 2k× 8位 ）, 2764（ 8k× 8位 ）, 27256（ 32k× 8
位 ）, 27512（ 64k× 8位 ）
25重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM
2,EEPROM
① 工作原理,利用隧道效应注入或释放电子 。
② 特点：
?写入擦除可同时完成；
?不需专门的编程器和擦除器；
?写入擦除脉冲为 20V,10ms,新型的 （ 由于内部有升压电路 ） 5V,10ms
?读取时间为 200~250ns；
?数据可存 5~10年, 甚至 20年, 寿命 100~1万次；
?有字节擦除功能, 使用灵活 。
③ 缺点,集成度不高 。
26重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.3 EPROM & EEPROM
3,Flash Memory（ 快闪存储器 ）
① 原理,利用雪崩效应写入, 利用隧道效应擦除 。
② 特点：
?既具有 EPROM结构简单, 编程可靠的特点, 又具有 E2PROM的电编程
擦除的特性；
?高速写入与擦除, 整体擦除仅需 1秒钟；
写入脉冲,12V,10us（ 老型 ）
5V,10us（ 新型 ）
?集成度非常高, 可达 64M位；
?寿命 1万 ~10万次；
?读取时间为 60~200ns,因此速度较快 。
③ 缺点,不可字节擦除 。
27重大通信学院 ?何伟
7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4,4 用 ROM实现组合逻辑函数
?ROM,地址译码 —— 与阵列（固定） → 输入变量数据 —— 或阵列（可编程） → 输出变量 多输出变量组合逻辑函数
结论,由于与阵列包含了全部最小项, 所以只要向 ROM中写入合适的数据,
用 ROM可实现组合函数 。
【 例 7-1 】 用 PROM构成一个码型转换器,
将 4位二进制码 B3B2B1B0转换为
循环码 G3G2G1G0
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7.4 只读存储器 (ROM)
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7.4 只读存储器 (ROM)
§ 7.4.5 EPROM集成片简介
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第七章 半导体存储器
【 第七章 习题 】
P273：
4,5,6
