微机电子教程第五章半导体存储器

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1、第五章半导体存储器§5.1概述作用：用于存放待加工的原始数据和中间计算结果以及系统或用户程序等。5.1.1半导体存储器的性能指标1.容量：存储器的容量是指一个存储器芯片所能存储的二进制信息量。存储器芯片容量=存储单元数×数据线位数例：62648KB=8K×8bit2.最大存取时间存储器的存取时间定义为访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需要的时间，这个时间的上限值即最大存取时间，一般为十几ns到几百ns。最大存取时间越小，则表示芯片的工作速度越快。5.1.2存储器的分类半导体存储器（Memory）随机存取存

2、储器（RAM）只读存储器（ROM）静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）掩膜ROM可编程ROM（PROM）紫外线可擦除的PROM（EPROM）电可擦除的PROM（EEPROM）快擦写存储器（FlashMemory）随机存取存储器RAM在使用中可由程序随时读写其内容，一般用于存放输入/输出数据、中间结果或用户应用程序。而只读存储器ROM在执行程序时，其内容只能读出，不能写入。掩膜ROM的内容是不能改变的，而EPROM等的内容在特定条件下（如高电压、大电流等）才能改写。§5.2随机存取存储器(RAM)5.2.

3、1静态RAM（SRAM）一、RAM原理构成存储体（R-S触发器）外围电路译码电路I/O控制电路1.存储体一个基本存储电路能存储一位二进制数，而一个八位的二进制数则需八个基本存储电路。一个容量为M×N（如64K×8）的存储器则包含M×N个基本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要由R—S触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容为“0”或为“1”。容易理解，静态RAM在有电源条件下，存入的数据才可以保存和读出，而且只要不写入新的数据，触发器状态就保持不变，即使读（触发器的输

4、出）操作也不会改变之；但RAM芯片掉电后，原存信息全部丢失，这就是所谓的“易失性”；为了区分不同的存储单元，给每个单元规定一个地址号，以此来选择不同的单元2.外围电路外围电路通常包括：（1）地址译码器。它对外部地址信号译码，用以选择要访问的单元。在目前所用的存储器中，通常采用双译码或称复合译码结构，如图5—1所示。在双译码结构中，地址译码器分成X和Y两个。若每个K/2个输入端，它可以有2K/2输出状态，X和Y两个地址译码器就其有2K/2×2K/2=2K个输出状态，而译码输出线却只有2K/2+2K/2=2K/2×

5、2根。（2）I/O电路，它处于数据总线和被选中的单元之间，用R/W(读写控制信号)来控制被选中单元的读出或写入。CS（或CE）为片选信号，当CE为低电平时，该芯片被选中，并能正常读/写信息；而为高电平时，表示该芯片未被选中。5.2.2动态RAM（DRAM）动态基本存储电路是利用MOS管栅极和源极之间的电容C来存储信息的，图5—5为单管动态基本存储电路。以电容上“有”和“无”电荷两种状态来区分其存储的二进制信息是“1”还是“0”，由于工艺问题，一般C小于数据线的分布电容CD，故每个数据读出后，C上的电荷经CD释放

6、，信息被破坏，所以每个数据读出后，要重新恢复C上的电荷量。既使无“读操作”，电荷泄漏也会造成信息丢失。为保持C中信息（电荷），故需周期性地不断充电，这一过程称为刷新。刷新周期通常为2ms-8ms。图5-5单管动态基本存储电路电路原理图与SRAM相比，DRAM的基本存储电路较简单，故集成度较高、功耗小，但除正常读/写外，额外增加了刷新操作，需要一些相应的外部电路支持，使用较复杂。另外，动态RAM的存取速度一般比静态慢。动态RAM一般用于组成大容量RAM区。而容量不大时（如常规单片机系统）选用SRAM芯片更为简单实

7、用。§5.3只读存储器（ROM）5.3.1掩膜ROM和PROM一、掩膜ROM（ReadOnlyMemory）掩膜ROM芯片所存储的信息是由芯片制造厂家完成的，用户不能修改，图5—10是一个典型的2×2位ROM存储矩阵。矩阵中，字选线与数据线之间或有管子相连（如“字0”与“数0”），或无管子相连（如“字0”与“数1”），这些管子是制造时由二次光刻版的图形（掩膜工艺）决定的，故称为掩膜ROM。二、PROM（ProgrammableROM）典型的PROM（可编程的ROM）基本存储电路如图5—11所示。芯片出厂时，开关

8、管T1与位线之间以熔丝相连。用户可根据需要写入信息（熔断或保留熔丝以区分“1/0”），但只能写入一次（熔断后不能再连通）。PROM的写入要由专用的电路（大电流、高电压）和程序完成；为了与RAM的随机写入过程区别，称PROM的写入过程为编程。5.3.2EPROM（可擦除的PROM）根据片内信息擦除方式的不同，可擦除的PROM又分为两类：一类是紫外线可擦除的，称UVEPROM（习惯上简称E