2022-2023学年高二物理竞赛课件：电流半导体存储器

电流半导体存储器 电流半导体存储器 内容提要 本章将系统地介绍各种半导体存储器的工作原理和使用方法。半导体存储器包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。在只读存储器中，介绍了掩模ROM、PROM和快闪存储器等不同类型的ROM的工作原理和特点；而在随机存储器中，介绍了静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。此外，也介绍了存储器扩展容量的连接方法以及用存储器设计组合逻辑电路，重点放在这里。 2 本章内容 概述 只读存储器（ROM） 随机存储器（RAM） 存储器容量的扩展 用存储器实现组合逻辑函数 7.1 概述 1. 半导体存储器的定义 半导体存储器就是能存储大量二值信息（或称作二值数据）的半导体器件。它是属于大规模集成电路，由于计算机以及一些数字系统中要存储大量的数据，因此存储器是数字系统中不可缺少的组成部分，其组成框图如图7.1.1所示。 输入/出电路 I/O 输入/出控制 图7.1.1 4 2.存储器的性能指标 由于计算机处理的数据量很大，运算速度越来越快，故对存储器的速度和容量有一定的要求。所以将存储量和存取速度作为衡量存储器的重要性能指标。目前动态存储器的容量已达109位/片，一些高速存储器的存取时间仅10ns左右。 7.1 概述 3.半导体存储器的分类 （1）从存取功能上分类 从存取功能上可分为只读存储器（Read－Only Memory，简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory，简称RAM）。 ROM的特点是在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速随时修改或重新写入数据。其电路结构简单，而且断电后数据也不会丢失。缺点是只能用于存储一些固定数据的场合。 7.1 概述 a. ROM ： ROM可分为掩模ROM、可编程ROM（Programmable Read－Only Memory，简称PROM）和可擦除的可编程ROM（Erasable Programmable Read－Only Memory，简称EPROM）。 *掩模ROM在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据写入存储器中，一旦ROM制成，其存储的数据就固定不变，无法更改。 6 ***EPROM是采用浮栅技术的可编程存储器，其数据不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有较大的使用灵活性。它的数据的写入需要通用或专用的编程器，其擦除为照射擦除，为一次全部擦除。电擦除的PROM有 E2PROM和快闪ROM。 7.1 概述 **PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0(或为1)。 **PROM在出厂时存储内容全为1（或者全为0),用户可根据自己的需要写入，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0(或为1)。 7 b.随机存储器RAM（读写存储器） 随机存储器为在正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。 根据采用的存储单元工作原理不同随机存储器又可分为静态存储器（Static Random Access Memory，简称SRAM）和动态存储器（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM） 7.1 概述 SRAM的特点是数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能永久保存 。但SRAM存储单元所用的管子数量多，功耗大，集成度受到限制，为了克服这些缺点，则产生了DRAM。它的集成度要比SRAM高得多，缺点是速度不如SRAM。 （2）从制造工艺上分类 RAM使用灵活方便，可以随时从其中任一指定地址读出（取出）或写入（存入）数据，缺点是具有数据的易失性，即一旦失电，所存储的数据立即丢失。 从制造工艺上存储器可分为双极型和单极型（CMOS型），由于MOS电路（特别是CMOS电路），具有功耗低、集成度高的优点，所以目前大容量的存储器都是采用MOS工艺制作的。 7.1 概述 9 7.2 只读存储器（ROM） 7.2.1 掩模只读存储器 在采用掩模工艺制作ROM时，其中存储的数据是由制作过程中使用的掩模板决定的，此模板是厂家按照用户的要求专门设计的，因此出厂时数据已经“固化”在里面了。 1. ROM的组成： ROM电路结构包含存储矩阵、地址译码器和输出缓冲器三个部分，其框图如图7.2.1所示。 图7.2.1 10 a.存储矩阵 存储矩阵是由许多存储单元排列而成。存储单元可以是二极管、双极型三极管或MOS管，每个单元能存放1位二值代码（0或1)，而每一个或一组存储单元有一个相应的地址代码。 图7.2.1 7.2.1 掩模只