存储单元的工作原理

　　存储单元的工作原理_数学_高中教育_教育专区。第七章 半导体存储器 本章的重点： 1．存储器的基本工作原理、分类和每种类型存储器的特 点； 2．扩展存储器容量的方法； 3．用存储器设计组合逻辑电路的原理和方法。 因为存储器几乎都作成LSI器件，所

　　第七章 半导体存储器 本章的重点： 1．存储器的基本工作原理、分类和每种类型存储器的特 点； 2．扩展存储器容量的方法； 3．用存储器设计组合逻辑电路的原理和方法。 因为存储器几乎都作成LSI器件，所以这一章的重点内容 是如何正确使用这些器件。存储器内部的电路结构不是课程 的重点。 本章的难点： 在本章的重点内容中基本没有难点。 1 第一节 概述 第七章 半导体存储器 存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导 体器件。 用途：在计算机或数字系统中存储数据。 与寄存器的区别：以字为单位存取，每字包含若干位。各个字 的相同位通过同一引脚与外界联系。每个字分配一个地址，因此内 部有地址译码器。 2 分类： 掩模ROM 紫外线擦除 只读存储器 ROM 可编程ROM（PROM） (Programmable (Read- Only ROM) Memory) 按 功 只能读出不能 可擦除可编程ROM （EPROM） 能 写入,断电不失 (Erasable PROM) 随机存储器 RAM 电可擦除 UVEPROM (Ultra-Violet) EEPROM (Electrically) Flash Memory (Random Access Memory) 静态存储器SRAM (Static RAM) 动态存储器DRAM (Dynamic RAM) 快闪存储器 还可以按制造工艺 分为双极型和MOS 主要指标：存储容量、存取速度。 型两种。 存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某 动态存储器的容量为109位/片。 3 存取速度：用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器 的存取时间仅有10ns左右。 第二节 只读存储器ROM 一、掩模只读存储器 又称为固定ROM。工厂 按用户要求生产出来后， 用户不能改动。 1.ROM的构成 存储矩阵：由若干存储 单元排列成矩阵形式。 储存单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构成。 地址译码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的字对 应的单元，把数据送往输出缓冲器。 输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，以便和 系统的总线.工作原理 按组合电路进行分析。 存储矩阵是四个二极管或门； 当EN=0时，Di ? Di? 。 D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0 D1= D3 = A0 D0 = W1+ W0 = A1 真值表： 真值表与存 储单元有一 一对应关系 二－四线 0 1 0 1 D2 1 0 1 1 D1 0 1 0 1 D0 1 1 0 0 字线 用MOS工艺制 造的ROM的存储 矩阵如图： 二、可编程只读存 储器PROM 产品出厂 时存的全是1， 用户可一次性 写入，即把某 些1改为0。但 或非门 不能多次擦除。 存储单元多采用熔丝－－低熔 点金属或多晶硅。写入时设法在 熔丝上通入较大的电流将熔丝烧 断。 编程 时VCC 和字 线位的PROM 十 六 条 读出时，读出 字 放大器AR工作，写 线 入放大器AW不工作。 八 写入时，在位 条 线输入编程脉冲使 位 写入放大器工作， 线 且输出低电平，同 时相应的字线和VCC 提高到编程电平， 将对应的熔丝烧断。 20V 编程脉冲 缺点：不能重复擦除。 十几微秒 7 三、可擦除的可编程只读存储器 （EPROM） （一）紫外线擦除的只读存储器 （UVEPROM） 是最早出现的EPROM。通常说的 EPROM就是指这种。 1.使用浮栅雪崩注入MOS管 （Floating-gate Avalanche-Injuction MOS，简称FAMOS管。） 写入：管子原来不导通。在漏源之间加上较 高电压后（如-20V），漏极PN结雪崩击穿， 部分高速电子积累在浮栅上，使MOS管导通。 浮栅上电荷可长期保存－－在125℃环 境温度下，70%的电荷能保存10年以上。 擦除：用紫外线分钟。 存储单元如图。 缺点：需要两个MOS管；编程电压偏高；P沟道管的开关速8 度低。 2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS) 构造： 用N沟道管；增加控制栅。 SIMOS管原来可导通， 开启电压约为2V。 注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加25V、 50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压，所以需要的漏源电压 相对较小。注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通。 存储单元如下页图。256字X1位。已注入电荷的 SIMOS管存入的是1。 9 这是一种双译码方式， 行地址译码器和列地 址译码器共同选中一 个单元。每个字只有 一位。 （二）电可擦除 EPROM(EEPROM或E2ROM) 用紫外线擦除操作复杂， 速度很慢。必须寻找新的存 储器件，使得可以用电信号 进行擦除。 使用浮栅隧道氧化层MOS 管Flotox(Floating gate Tunnel Oxide) 10 特点：浮栅与漏区间的氧 GC 化物层极薄（20纳米以下）， 称为隧道区。当隧道区电场大 Gf 于107V/cm时隧道区双向导通。 漏极 当隧道区的等效电容极 小时，加在控制栅和漏极间 的电压大部分降在隧道区， 有利于隧道区导通。 存储单元： 擦除和写入均利 用隧道效应 读出 10ms 擦除（写1） 写入（写0） 11 EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单 元需两只MOS管。 快闪存储器就是针对 此缺点研制的。 （三）快闪存储器(Flash Memory） 采用新型隧道氧化 层MOS管。