,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,（第五版） 教学课件清华大学阎石 王红联系地址：清华大学 自动化系邮政编码,100084
电子信箱,wang_hong@tsinghua.edu.cn
联系电话,(010)62792973
,数字电子技术基础,第五版第七章 半导体存储器
,数字电子技术基础,第五版第七章 半导体存储器
7.1 概述能存储大量二值信息的器件一、一般结构形式输入/
出电路
I/O
输入 /出控制
！单元数庞大
！输入 /输出引脚数目有限
,数字电子技术基础,第五版二、分类
1、从存 /取功能分：
①只读存储器
(Read-Only-Memory）
②随机读 /写
（ Random-Access-Memory）
2、从工艺分：
①双极型
② MOS型
E P R OM
R OM
R OM
可擦除的可编程可编程掩模
RAM
RAM
动态静态
,数字电子技术基础,第五版
7.2 ROM
7.2.1 掩模 ROM
一、结构
,数字电子技术基础,第五版二、举例
,数字电子技术基础,第五版地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
A0~An-1
W0
W(2n-1)
D0
Dm
,数字电子技术基础,第五版两个概念：
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”
,数字电子技术基础,第五版掩模 ROM的特点：
出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产简单，便宜，非易失性
,数字电子技术基础,第五版
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同写是一次性编程，不能改！！
编程时将不用的熔断有出厂时，每个结点上都熔丝由易熔合金制成
,数字电子技术基础,第五版
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同写入时，要使用编程器
,数字电子技术基础,第五版
7.2.3 可擦除的可编程 ROM（ EPROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同一、用紫外线擦除的 PROM（ UVEPROM）
,数字电子技术基础,第五版管叠栅注入 M O S
M O SI n j u ct i o ng a t eS t a ck edS I M O S )(?
浮置栅控制栅
:
:
f
c
G
G
通处正常逻辑高电平下导上未充负电荷，则若导通处正常逻辑高电平下不上充以负电荷，则若工作原理：
cf
cf
GG
GG
,数字电子技术基础,第五版年）光灯下分钟（阳光下一周，荧紫外线照射空穴对，提供泄放通道生电子“擦除”：通过照射产形成注入电荷到达吸引高速电子穿过宽的正脉冲，上加同时在发生雪崩击穿）间加高压（“写入”：雪崩注入
33020
5025
2520
2
~
,
,
,~,
f
c
GS i O
msVG
VSD
,数字电子技术基础,第五版二、电可擦除的可编程 ROM（ E2PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同
)( 管浮栅隧道氧化层采用点擦除慢，操作不便的缺为克服
M O SF L O T O X
U V E P R O M
“隧道效应”
电子会穿越隧道）当场强达到一定大小（
厚度之间有小的隧道区，与
,/ cmV
mS i ODG f
7
8
2
10
102
,数字电子技术基础,第五版导通）下，电压（未充电荷时，正常读出截止）下，电压（充电荷后，正常读出工作原理：
TVG
TVGG
C
Cf
3
3
f
jCi
G
BmsVGW
电子隧道区接的正脉冲，加充电,01020,,
上电荷经隧道区放电加正脉冲，，接放电：
f
jiC
G
BWG,0
,数字电子技术基础,第五版三、快闪存储器（ Flash Memory）
为提高集成度，省去 T2（选通管）
改用叠栅 MOS管（类似 SIMOS管）
（隧道区）区有极小的重叠区与
）更薄（与衬底间
SG
nmOSG
f
if 15102 ~
的正脉冲，加接），加正压（
，充电利用雪崩注入方式向工作原理：
usVG
VVSD
G
c
ss
f
1012
06?
*
上电荷经隧道区放电的正脉冲加放电，利用隧道效应
f
ssc
f
G
nsVVG
G
1 0 0120,,?
,数字电子技术基础,第五版
7.3 随机存储器 RAM
7.3.1 静态随机存储器（ SRAM）
一、结构与工作原理
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版二,SRAM的存储单元作存储单元触发器，为基本 RSTT 41 ~
相通、与、导通，
行中被选中，时，能在
jj
i
BBQQTT
X
65
11
,
单元与缓冲器相连列第行第导通，这时时，所在列被选中，
j
i
TT
Y j
87
1
,
，读操作截止，与导通，则若时，当
O
IQ
AAAWR
SC
3211
0
,
，写操作导通，与截止，则若
QOI
AAAWR
3210,
六管 N沟道增强型 MOS管
,数字电子技术基础,第五版
7.3.2* 动态随机存储器（ DRAM）
动态存储单元是利用 MOS管栅极电容 可以存储电荷的原理
,数字电子技术基础,第五版
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式适用于每片 RAM,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 → 1024 x 8位的 RAM
,数字电子技术基础,第五版
7.4.2 字扩展方式适用于每片 RAM,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
,数字电子技术基础,第五版
)~~:( ~ 1100256256 70A个地址个字，需要每一片提供
SCYYAA
AA
分别接四片的译成即将两位代码区分四片用
,~
,
3089
89
1 0 2 37 6 87 6 75 1 25 1 12 5 62 5 50
11100100 07070707
~~~~
~,~,~,~ AAAAAAAA
四片的地址分配就是：
0 0 0 1 1 1
0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 1 0
89 AA 4321 SCSCSCSC
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版
11100100 29292929 AAAAAAAA ~,~,~,~
四片的地址分配就是：
0 0 0 1 1 1
0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 1 0
01 AA 4321 SCSCSCSC
,数字电子技术基础,第五版
0
1
A
A
9
1
2
A
A
A
,数字电子技术基础,第五版
7.5 用存储器实现组合逻辑函数一、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逻辑函数 地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
A0~An-1
W0
W(2n-1)
,数字电子技术基础,第五版
7.5 用存储器实现组合逻辑函数一、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逻辑函数地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
,数字电子技术基础,第五版地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
,数字电子技术基础,第五版二、举例
ABCDDCBAY
DCBADABCY
BCDADBCDCBAY
CBABCAY
R O M
4
3
2
1
产生：用
),(
),(
),,,(
),,,(
152
144
141076
7632
4
3
2
1
mY
mY
mY
mY
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,（第五版） 教学课件清华大学阎石 王红联系地址：清华大学 自动化系邮政编码,100084
电子信箱,wang_hong@tsinghua.edu.cn
联系电话,(010)62792973
,数字电子技术基础,第五版第七章 半导体存储器
,数字电子技术基础,第五版第七章 半导体存储器
7.1 概述能存储大量二值信息的器件一、一般结构形式输入/
出电路
I/O
输入 /出控制
！单元数庞大
！输入 /输出引脚数目有限
,数字电子技术基础,第五版二、分类
1、从存 /取功能分：
①只读存储器
(Read-Only-Memory）
②随机读 /写
（ Random-Access-Memory）
2、从工艺分：
①双极型
② MOS型
E P R OM
R OM
R OM
可擦除的可编程可编程掩模
RAM
RAM
动态静态
,数字电子技术基础,第五版
7.2 ROM
7.2.1 掩模 ROM
一、结构
,数字电子技术基础,第五版二、举例
,数字电子技术基础,第五版地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
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A0~An-1
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,数字电子技术基础,第五版两个概念：
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”
,数字电子技术基础,第五版掩模 ROM的特点：
出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产简单，便宜，非易失性
,数字电子技术基础,第五版
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同写是一次性编程，不能改！！
编程时将不用的熔断有出厂时，每个结点上都熔丝由易熔合金制成
,数字电子技术基础,第五版
7.2.2 可编程 ROM（ PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同写入时，要使用编程器
,数字电子技术基础,第五版
7.2.3 可擦除的可编程 ROM（ EPROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同一、用紫外线擦除的 PROM（ UVEPROM）
,数字电子技术基础,第五版管叠栅注入 M O S
M O SI n j u ct i o ng a t eS t a ck edS I M O S )(?
浮置栅控制栅
:
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f
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G
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通处正常逻辑高电平下导上未充负电荷，则若导通处正常逻辑高电平下不上充以负电荷，则若工作原理：
cf
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GG
,数字电子技术基础,第五版年）光灯下分钟（阳光下一周，荧紫外线照射空穴对，提供泄放通道生电子“擦除”：通过照射产形成注入电荷到达吸引高速电子穿过宽的正脉冲，上加同时在发生雪崩击穿）间加高压（“写入”：雪崩注入
33020
5025
2520
2
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,
,
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GS i O
msVG
VSD
,数字电子技术基础,第五版二、电可擦除的可编程 ROM（ E2PROM）
总体结构与掩模 ROM一样，但存储单元不同
)( 管浮栅隧道氧化层采用点擦除慢，操作不便的缺为克服
M O SF L O T O X
U V E P R O M
“隧道效应”
电子会穿越隧道）当场强达到一定大小（
厚度之间有小的隧道区，与
,/ cmV
mS i ODG f
7
8
2
10
102
,数字电子技术基础,第五版导通）下，电压（未充电荷时，正常读出截止）下，电压（充电荷后，正常读出工作原理：
TVG
TVGG
C
Cf
3
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f
jCi
G
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电子隧道区接的正脉冲，加充电,01020,,
上电荷经隧道区放电加正脉冲，，接放电：
f
jiC
G
BWG,0
,数字电子技术基础,第五版三、快闪存储器（ Flash Memory）
为提高集成度，省去 T2（选通管）
改用叠栅 MOS管（类似 SIMOS管）
（隧道区）区有极小的重叠区与
）更薄（与衬底间
SG
nmOSG
f
if 15102 ~
的正脉冲，加接），加正压（
，充电利用雪崩注入方式向工作原理：
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VVSD
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1012
06?
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上电荷经隧道区放电的正脉冲加放电，利用隧道效应
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G
1 0 0120,,?
,数字电子技术基础,第五版
7.3 随机存储器 RAM
7.3.1 静态随机存储器（ SRAM）
一、结构与工作原理
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版二,SRAM的存储单元作存储单元触发器，为基本 RSTT 41 ~
相通、与、导通，
行中被选中，时，能在
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i
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65
11
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单元与缓冲器相连列第行第导通，这时时，所在列被选中，
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TT
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,
，读操作截止，与导通，则若时，当
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，写操作导通，与截止，则若
QOI
AAAWR
3210,
六管 N沟道增强型 MOS管
,数字电子技术基础,第五版
7.3.2* 动态随机存储器（ DRAM）
动态存储单元是利用 MOS管栅极电容 可以存储电荷的原理
,数字电子技术基础,第五版
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式适用于每片 RAM,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 → 1024 x 8位的 RAM
,数字电子技术基础,第五版
7.4.2 字扩展方式适用于每片 RAM,ROM位数够用而字数不够时
SC
WR
AA
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片选信号：
写信号：读地址线：
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例：用四片 256 x 8位 → 1024 x 8位 RAM
,数字电子技术基础,第五版
)~~:( ~ 1100256256 70A个地址个字，需要每一片提供
SCYYAA
AA
分别接四片的译成即将两位代码区分四片用
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89 AA 4321 SCSCSCSC
,数字电子技术基础,第五版
,数字电子技术基础,第五版
11100100 29292929 AAAAAAAA ~,~,~,~
四片的地址分配就是：
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,数字电子技术基础,第五版
0
1
A
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A
A
A
,数字电子技术基础,第五版
7.5 用存储器实现组合逻辑函数一、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逻辑函数 地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
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,数字电子技术基础,第五版
7.5 用存储器实现组合逻辑函数一、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逻辑函数地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
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,数字电子技术基础,第五版地 址 数 据
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
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,数字电子技术基础,第五版二、举例
ABCDDCBAY
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BCDADBCDCBAY
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产生：用
),(
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,数字电子技术基础,第五版
