第 7章 半导体存储器
数字电子技术
第 7章 半导体存储器
范立南 代红艳 恩莉 刘明丹
中国水利水电出版社
第 7章 半导体存储器
第 7章 半导体存储器
7.1 半导体存储器的分类
7.2 存储器的组成
7.3 存储器的主要技术指标
7.4 只读存储器（ ROM）
7.5 随机存储器（ RAM）
7.6 存储器的扩展
第 7章 半导体存储器
7.1 半导体存储器的分类
?半导体存储器的种类很多，但一般按使用
功能分两大类：
? 只读存储器,Read-only Memory，简称 ROM
? 随机存储器,Random Access Memory，简称
RAM
第 7章 半导体存储器
?ROM可分为以下几种：
? 固定 （ 掩模 ） ROM
? PROM：可编程 ROM(Programable ROM)
? EPROM, 可 擦 除 可 编 程 ROM(Erasable
PROM)
? EEPROM ／ E2PROM, 电 可 擦 除 可 编 程
ROM(Eclectically Erasable PROM)
? 闪存 FM,Flash Memory
第 7章 半导体存储器
?RAM分为
? 静态 RAM,Static RAM 简称 SRAM
? 动态 RAM,Dynamic RAM简称 DRAM
第 7章 半导体存储器
7.2 存储器的组成
? 半导体存储器
一般由存储矩
阵、地址选择
电路、输入 /输
出电路和控制
电路构成
第 7章 半导体存储器
7.3 存储器的主要技术指标
? 存储容量
存储器（或存储器芯片）存放二进制信息
的总位数，即存储容量 =存储单元数 × 每个单
元的位数（或数据线位数）
? 存取时间
从 CPU给出有效的存储器地址启动一次存
储器读 /写操作，到该操作完成所经历的时间
? 存取周期
连续启动两次独立的存储器读 /写操作所需
的最小间隔时间
第 7章 半导体存储器
7.4 只读存储器（ ROM）
ROM的结构框图
第 7章 半导体存储器
A
0
A
1
W
0
W
1
…
A
n － 2
A
n － 1
地
址
译
码
W
2 － 2
W
2 － 1
n
n
… 存储矩阵 N × M
…
缓冲级
…
F
1
F
2
F
n
地址
输入
N
字M
位
RO
M
结
构
第 7章 半导体存储器
地
址
译
码
器
A
0
A
1
输出缓冲级三态控制
D
3
D
2
D
1
D
0
R R R R
W
0
W
1
W
2
W
3
二极管 ROM结构图
第 7章 半导体存储器
上图 ROM的数据表
第 7章 半导体存储器
?ROM在组合逻辑设计中的应用
例如, 在上表中, 将输入地址 A1A0视为输入变量, 而
将 D3,D2,D1,D0视为一组输出逻辑变量, 则 D3,D2、
D1,D0就是 A1,A0的一组逻辑函数 。
3101010
2011
3001012
3210011101013
mmAAAAD
mAAD
mmAAAAD
mmmmAAAAAAAAD
????
??
????
????????
第 7章 半导体存储器
,与, 阵列
A
0
A
1
,或, 阵列
F
0
F
1
F
2
F
3
m
0
m
1
m
2
m
3
m
0
m
1
m
2
m
3
F
0
F
1
F
2
F
3
A
0
A
1
A
0
A
1
A
0
A
1
( a ) ( b )
ROM的与或阵列图
(a) 框图； (b) 符号矩阵
第 7章 半导体存储器
用 ROM
(1) 根据逻辑函数的输入, 输出变量数,
ROM容量, 选择合适的 ROM。
(2) 写出逻辑函数的最小项表达式, 画出 ROM
阵列图 。
(3) 根据阵列图对 ROM进行编程。
第 7章 半导体存储器
例 用 ROM实现四位二进制码到格雷码的转换。
解 (1) 输入是四位二进制码 B3~B0,输出是四位格雷
码, 故选用容量为 24× 4的 ROM。
(2) 列出四位二进制码转换为格雷码的真值表, 如表
9 - 2 所示 。 由表可写出下列最小项表达式：
?? )15,14,13,12,11,10,9,8(3G
?? )11,10,9,8,7,6,5,4(2G
?? )13,12,11,10,5,4,3,2(1G
?? )14,13,10,9,6,5,2,1(0G
第 7章 半导体存储器
四位二进制码转换为
格雷码的真值表
第 7章 半导体存储器
m
0
m
1
m
2
m
3
m
4
m
5
m
6
m
7
m
8
m
9
m
10
m
11
m
12
m
13
m
14
m
15
G
0
G
1
G
2
G
3
B
0
B
1
B
2
B
3
四位二进制码转换为四位格雷码阵列图
第 7章 半导体存储器
?ROM的编程及分类
1,掩膜 ROM
掩膜 ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩膜
工艺专门为用户制作的, 这种 ROM出厂时其内部存
储的信息就已经, 固化, 在里边了, 所以也称固定
ROM。 它在使用时只能读出, 不能写入, 因此通常
只用来存放固定数据, 固定程序和函数表等 。
第 7章 半导体存储器
固定只读存储器（掩膜 ROM）
第 7章 半导体存储器
2,可编程 ROM(PROM)
字线
W
i
U
CC
熔丝
位线
D
i
( a )
字线
熔丝
( b )
位线
熔丝型 PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器字线
W
i
位线
D
i
VD
1
VD
2
字线
W
i
位线
D
i
( a ) ( b )
VD
1
PN结击穿法 PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器
? 可编程只读存储器（ PROM）
第 7章 半导体存储器
3,可擦除的可编程 ROM(EPROM)
G
f
G
c
S D
S i O
2
N
＋
N
＋
P
G
c
D
SG
f
SIMOS管的结构和符号
(1) EPROM的存储单元采用浮栅雪崩注入 MOS管
第 7章 半导体存储器
? 可擦除可编程只读存储器（ EPROM）
第 7章 半导体存储器
? EPROM的例子 -2764
第 7章 半导体存储器
(2) E2PROM的存储单元
V
2
V
1
S
1
G
c
字线 W
i
位
线
D
i
D
1
E2PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器
G
f
G
c
S D
S i O
2
N
＋
N
＋
P
G
c
D
SG
f
隧道区
Flotox管的结构和符号
第 7章 半导体存储器
? 电擦除可编程只读存储器 EEPROM(E2PROM)
第 7章 半导体存储器
(3) 快闪存储器 (Flash Memory)
S
G
c
D
G
c
S
D
字线
位线
D
i
W
i
U
SS
( b )
G
f
G
c
S D
N
＋
N
＋
P
( a )
隧道区
(a) 叠栅 MOS管； (b) 存储单元
第 7章 半导体存储器
7.5 随机存取存储器 (RAM)
7.5.1,静态随机存储器 (SRAM)
(1) 基本结构 。 SRAM主要由存储矩阵, 地址译码
器和读 /写控制电路三部分组成, 其框图如图 9 -11所
示 。
第 7章 半导体存储器
静态随机存取存储器 (SRAM)
第 7章 半导体存储器
行
地
址
译
码
器
A
0
A
1
…
A
i
存储矩阵
列地址译码器
读 / 写控制电路
D
0
…
A
i ＋ 1
A
n ＋ 1
CS
R / W
D
m － 1
…
I / O
0
I / O
m － 1
…
SRAM的基本结构
第 7章 半导体存储器
(2) SRAM的静态存储单元。 V
1
V
3
V
6
V
5
V
2
V
4
U
DD
Q Q
V
7
V
8
列选线 Y
I / O I / O
行选线
X
位线
D
存储单
元
V
1
V
3
V
6
V
5
V
2
V
4
U
DD
V
7
V
8
Y
I / O I / O
X
位线
D
位线
D
位线
D
( a ) ( b )
SRAM
(a) 六管 NMOS存储单元； (b) 六管 CMOS存储单元
第 7章 半导体存储器
? SRAM的例子 6264(或 6164)
第 7章 半导体存储器
? 7.5.2 动态随机存取存储器 (DRAM)
第 7章 半导体存储器
V
5
V
3
V
1
V
4
V
2
V
6
U
DD
预充脉冲 ?
U
C 1
U
C 2
Q Q
C
1
C
2
X
位线
D
位线
D
存储单
元
V
7
V
8
D
D
Y
C
O1
C
O2
( a )
字选线
V
C
S
位线 D
( 数据线 )
C
O
输出电容
( b )
动态 MOS
(a) 四管动态 MOS存储单元； (b) 单管动态 MOS存储单元
第 7章 半导体存储器
? DRAM的例子 - 2164A
第 7章 半导体存储器
7.6 存储器的扩展
? 当用一片 ROM/RAM芯片不能满足存储容量
的需要时，可以将若干片 ROM/RAM组合到
一起，接成一个存储容量更大的 ROM/RAM，
称为存储器的扩展
第 7章 半导体存储器
7.6.1 存储芯片配置的数量
? 采用多片 ROM/RAM经扩展后组成容量更
大的 ROM/RAM存储以满足系统的需要 。
? 芯片数量的选择由系统要求的容量 （ M× N）
和单片容量 （ m× n） 来决定
第 7章 半导体存储器
? 已知系统要求的内存容量为 M（ 字数 ） N
（ 字长或位数 ）, 现有单片 ROM/RAM的容
量为 m（ 字数 ） n（ 字长或位数 ） 。 所需单片
ROM/RAM的数量计算原则如下 。
? 计算原则,M≧ m,N ≧ n
? 根据字数计算所需单片数,M/m（ 取整数 ）
? 根据字长或位数计算所需单片数,N/n （ 取
整数 ）
? 总片数,S=(M/m )× (N/n )
第 7章 半导体存储器
7.6.2 扩展方式
1．位扩展方式
? 若单片 ROM/RAM的字数满足系统内存总的
字数要求，而每个字的字长或位数不够用
时，则采用位扩展方式
? 位扩展后的存储器字数没改变而位数增加，
存储器容量相应增加
第 7章 半导体存储器
【 例 7-1】 用 1K1位的 RAM扩展成 1K× 8位的存储器。
? 用 8片 1K× 1位芯片经位扩展后组成的 1K× 8位存储器
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
1
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
2
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
7
…
…
A
0
A
1
…
A
9
R / W
CS
第 7章 半导体存储器
2．字扩展方式
? 若每一片 ROM/RAM的数据位数够，而字数不
能满足系统内存总的字数要求，则采用字扩展
方式
? 字扩展后的存储器数据位数或字长没有变，而
字数增加，存储器容量相应增加
第 7章 半导体存储器
【 例 7-2】 用 256× 8位 RAM扩展成 1024× 8位 RAM
? 用 4片 256× 8位 RAM经字扩展后组成的 1K× 8位
存储器
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
A
0
I / O
0
I / O
7
( 1 )
…
A
1
…
A
7
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 2 )
…
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 3 )
…
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 4 )
…
R / W
Y
0
Y
1
Y
2
Y
3
A
0
A
1
A
8
A
9
2 - 4 译码器
I / O
0
I / O
7
…
第 7章 半导体存储器
3．字位扩展方式
? 当单片 ROM/RAM的字数和位数都不够时，
就要采用字位扩展方式
第 7章 半导体存储器
【 例 7-3】 用 1K× 4位 RAM扩展成一个 4K× 8位存储器
? 用 8片 1K× 4位 RAM芯片，经字位扩展构成的存储器
数字电子技术
第 7章 半导体存储器
范立南 代红艳 恩莉 刘明丹
中国水利水电出版社
第 7章 半导体存储器
第 7章 半导体存储器
7.1 半导体存储器的分类
7.2 存储器的组成
7.3 存储器的主要技术指标
7.4 只读存储器（ ROM）
7.5 随机存储器（ RAM）
7.6 存储器的扩展
第 7章 半导体存储器
7.1 半导体存储器的分类
?半导体存储器的种类很多，但一般按使用
功能分两大类：
? 只读存储器,Read-only Memory，简称 ROM
? 随机存储器,Random Access Memory，简称
RAM
第 7章 半导体存储器
?ROM可分为以下几种：
? 固定 （ 掩模 ） ROM
? PROM：可编程 ROM(Programable ROM)
? EPROM, 可 擦 除 可 编 程 ROM(Erasable
PROM)
? EEPROM ／ E2PROM, 电 可 擦 除 可 编 程
ROM(Eclectically Erasable PROM)
? 闪存 FM,Flash Memory
第 7章 半导体存储器
?RAM分为
? 静态 RAM,Static RAM 简称 SRAM
? 动态 RAM,Dynamic RAM简称 DRAM
第 7章 半导体存储器
7.2 存储器的组成
? 半导体存储器
一般由存储矩
阵、地址选择
电路、输入 /输
出电路和控制
电路构成
第 7章 半导体存储器
7.3 存储器的主要技术指标
? 存储容量
存储器（或存储器芯片）存放二进制信息
的总位数，即存储容量 =存储单元数 × 每个单
元的位数（或数据线位数）
? 存取时间
从 CPU给出有效的存储器地址启动一次存
储器读 /写操作，到该操作完成所经历的时间
? 存取周期
连续启动两次独立的存储器读 /写操作所需
的最小间隔时间
第 7章 半导体存储器
7.4 只读存储器（ ROM）
ROM的结构框图
第 7章 半导体存储器
A
0
A
1
W
0
W
1
…
A
n － 2
A
n － 1
地
址
译
码
W
2 － 2
W
2 － 1
n
n
… 存储矩阵 N × M
…
缓冲级
…
F
1
F
2
F
n
地址
输入
N
字M
位
RO
M
结
构
第 7章 半导体存储器
地
址
译
码
器
A
0
A
1
输出缓冲级三态控制
D
3
D
2
D
1
D
0
R R R R
W
0
W
1
W
2
W
3
二极管 ROM结构图
第 7章 半导体存储器
上图 ROM的数据表
第 7章 半导体存储器
?ROM在组合逻辑设计中的应用
例如, 在上表中, 将输入地址 A1A0视为输入变量, 而
将 D3,D2,D1,D0视为一组输出逻辑变量, 则 D3,D2、
D1,D0就是 A1,A0的一组逻辑函数 。
3101010
2011
3001012
3210011101013
mmAAAAD
mAAD
mmAAAAD
mmmmAAAAAAAAD
????
??
????
????????
第 7章 半导体存储器
,与, 阵列
A
0
A
1
,或, 阵列
F
0
F
1
F
2
F
3
m
0
m
1
m
2
m
3
m
0
m
1
m
2
m
3
F
0
F
1
F
2
F
3
A
0
A
1
A
0
A
1
A
0
A
1
( a ) ( b )
ROM的与或阵列图
(a) 框图； (b) 符号矩阵
第 7章 半导体存储器
用 ROM
(1) 根据逻辑函数的输入, 输出变量数,
ROM容量, 选择合适的 ROM。
(2) 写出逻辑函数的最小项表达式, 画出 ROM
阵列图 。
(3) 根据阵列图对 ROM进行编程。
第 7章 半导体存储器
例 用 ROM实现四位二进制码到格雷码的转换。
解 (1) 输入是四位二进制码 B3~B0,输出是四位格雷
码, 故选用容量为 24× 4的 ROM。
(2) 列出四位二进制码转换为格雷码的真值表, 如表
9 - 2 所示 。 由表可写出下列最小项表达式：
?? )15,14,13,12,11,10,9,8(3G
?? )11,10,9,8,7,6,5,4(2G
?? )13,12,11,10,5,4,3,2(1G
?? )14,13,10,9,6,5,2,1(0G
第 7章 半导体存储器
四位二进制码转换为
格雷码的真值表
第 7章 半导体存储器
m
0
m
1
m
2
m
3
m
4
m
5
m
6
m
7
m
8
m
9
m
10
m
11
m
12
m
13
m
14
m
15
G
0
G
1
G
2
G
3
B
0
B
1
B
2
B
3
四位二进制码转换为四位格雷码阵列图
第 7章 半导体存储器
?ROM的编程及分类
1,掩膜 ROM
掩膜 ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩膜
工艺专门为用户制作的, 这种 ROM出厂时其内部存
储的信息就已经, 固化, 在里边了, 所以也称固定
ROM。 它在使用时只能读出, 不能写入, 因此通常
只用来存放固定数据, 固定程序和函数表等 。
第 7章 半导体存储器
固定只读存储器（掩膜 ROM）
第 7章 半导体存储器
2,可编程 ROM(PROM)
字线
W
i
U
CC
熔丝
位线
D
i
( a )
字线
熔丝
( b )
位线
熔丝型 PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器字线
W
i
位线
D
i
VD
1
VD
2
字线
W
i
位线
D
i
( a ) ( b )
VD
1
PN结击穿法 PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器
? 可编程只读存储器（ PROM）
第 7章 半导体存储器
3,可擦除的可编程 ROM(EPROM)
G
f
G
c
S D
S i O
2
N
＋
N
＋
P
G
c
D
SG
f
SIMOS管的结构和符号
(1) EPROM的存储单元采用浮栅雪崩注入 MOS管
第 7章 半导体存储器
? 可擦除可编程只读存储器（ EPROM）
第 7章 半导体存储器
? EPROM的例子 -2764
第 7章 半导体存储器
(2) E2PROM的存储单元
V
2
V
1
S
1
G
c
字线 W
i
位
线
D
i
D
1
E2PROM的存储单元
第 7章 半导体存储器
G
f
G
c
S D
S i O
2
N
＋
N
＋
P
G
c
D
SG
f
隧道区
Flotox管的结构和符号
第 7章 半导体存储器
? 电擦除可编程只读存储器 EEPROM(E2PROM)
第 7章 半导体存储器
(3) 快闪存储器 (Flash Memory)
S
G
c
D
G
c
S
D
字线
位线
D
i
W
i
U
SS
( b )
G
f
G
c
S D
N
＋
N
＋
P
( a )
隧道区
(a) 叠栅 MOS管； (b) 存储单元
第 7章 半导体存储器
7.5 随机存取存储器 (RAM)
7.5.1,静态随机存储器 (SRAM)
(1) 基本结构 。 SRAM主要由存储矩阵, 地址译码
器和读 /写控制电路三部分组成, 其框图如图 9 -11所
示 。
第 7章 半导体存储器
静态随机存取存储器 (SRAM)
第 7章 半导体存储器
行
地
址
译
码
器
A
0
A
1
…
A
i
存储矩阵
列地址译码器
读 / 写控制电路
D
0
…
A
i ＋ 1
A
n ＋ 1
CS
R / W
D
m － 1
…
I / O
0
I / O
m － 1
…
SRAM的基本结构
第 7章 半导体存储器
(2) SRAM的静态存储单元。 V
1
V
3
V
6
V
5
V
2
V
4
U
DD
Q Q
V
7
V
8
列选线 Y
I / O I / O
行选线
X
位线
D
存储单
元
V
1
V
3
V
6
V
5
V
2
V
4
U
DD
V
7
V
8
Y
I / O I / O
X
位线
D
位线
D
位线
D
( a ) ( b )
SRAM
(a) 六管 NMOS存储单元； (b) 六管 CMOS存储单元
第 7章 半导体存储器
? SRAM的例子 6264(或 6164)
第 7章 半导体存储器
? 7.5.2 动态随机存取存储器 (DRAM)
第 7章 半导体存储器
V
5
V
3
V
1
V
4
V
2
V
6
U
DD
预充脉冲 ?
U
C 1
U
C 2
Q Q
C
1
C
2
X
位线
D
位线
D
存储单
元
V
7
V
8
D
D
Y
C
O1
C
O2
( a )
字选线
V
C
S
位线 D
( 数据线 )
C
O
输出电容
( b )
动态 MOS
(a) 四管动态 MOS存储单元； (b) 单管动态 MOS存储单元
第 7章 半导体存储器
? DRAM的例子 - 2164A
第 7章 半导体存储器
7.6 存储器的扩展
? 当用一片 ROM/RAM芯片不能满足存储容量
的需要时，可以将若干片 ROM/RAM组合到
一起，接成一个存储容量更大的 ROM/RAM，
称为存储器的扩展
第 7章 半导体存储器
7.6.1 存储芯片配置的数量
? 采用多片 ROM/RAM经扩展后组成容量更
大的 ROM/RAM存储以满足系统的需要 。
? 芯片数量的选择由系统要求的容量 （ M× N）
和单片容量 （ m× n） 来决定
第 7章 半导体存储器
? 已知系统要求的内存容量为 M（ 字数 ） N
（ 字长或位数 ）, 现有单片 ROM/RAM的容
量为 m（ 字数 ） n（ 字长或位数 ） 。 所需单片
ROM/RAM的数量计算原则如下 。
? 计算原则,M≧ m,N ≧ n
? 根据字数计算所需单片数,M/m（ 取整数 ）
? 根据字长或位数计算所需单片数,N/n （ 取
整数 ）
? 总片数,S=(M/m )× (N/n )
第 7章 半导体存储器
7.6.2 扩展方式
1．位扩展方式
? 若单片 ROM/RAM的字数满足系统内存总的
字数要求，而每个字的字长或位数不够用
时，则采用位扩展方式
? 位扩展后的存储器字数没改变而位数增加，
存储器容量相应增加
第 7章 半导体存储器
【 例 7-1】 用 1K1位的 RAM扩展成 1K× 8位的存储器。
? 用 8片 1K× 1位芯片经位扩展后组成的 1K× 8位存储器
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
1
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
2
I / O
1 0 2 4 × 1
R A M
A
0
A
1
…
… A
9
R / W CS
I / O
7
…
…
A
0
A
1
…
A
9
R / W
CS
第 7章 半导体存储器
2．字扩展方式
? 若每一片 ROM/RAM的数据位数够，而字数不
能满足系统内存总的字数要求，则采用字扩展
方式
? 字扩展后的存储器数据位数或字长没有变，而
字数增加，存储器容量相应增加
第 7章 半导体存储器
【 例 7-2】 用 256× 8位 RAM扩展成 1024× 8位 RAM
? 用 4片 256× 8位 RAM经字扩展后组成的 1K× 8位
存储器
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
A
0
I / O
0
I / O
7
( 1 )
…
A
1
…
A
7
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 2 )
…
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 3 )
…
2 5 6 × 8
R A M
A
0
A
1
…
… A
7
R / W CS
I / O
0
I / O
7
( 4 )
…
R / W
Y
0
Y
1
Y
2
Y
3
A
0
A
1
A
8
A
9
2 - 4 译码器
I / O
0
I / O
7
…
第 7章 半导体存储器
3．字位扩展方式
? 当单片 ROM/RAM的字数和位数都不够时，
就要采用字位扩展方式
第 7章 半导体存储器
【 例 7-3】 用 1K× 4位 RAM扩展成一个 4K× 8位存储器
? 用 8片 1K× 4位 RAM芯片，经字位扩展构成的存储器
