数字电子技术基础简明教程第三版

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半导体存储器

第9章概 述

半导体存储器

只读存储器(ROM) 只读存储器( ) 随机存取存储器( 随机存取存储器(RAM) 本章小结EXIT

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9.1主要要求： 主要要求：

概

述

了解半导体存储器的作用、类型与特点。 了解半导体存储器的作用、类型与特点。 作用

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一、半导体存储器的作用只读存储器( 只读存储器(ROM, , 即Read-Only Memory) )

存放二值数据

二、半导体存储器的类型与特点随机存取存储器( 随机存取存储器(RAM, , 即Random Access Memory) )

ROM 在工作时 只能读出 在工作时只能读出 信息而不能写入信息。 信息而不能写入信息。它用于 存放固定不变的信息， 存放固定不变的信息，断电后 其数据不会丢失。 其数据不会丢失。常用于存放 程序、常数、表格等。 程序、常数、表格等。

例如计算机中的自检程序、 例如计算机中的自检程序、初 RAM 既能读出信息又能 既能读出信息 信息又能 中的。 始化程序便是固化在 ROM 中的。 写入信息 信息。 写入 信息 。 它用于存放需经 计算机接通电源后，首先运行它， 计算机接通电源后，首先运行它， 常改变的信息， 常改变的信息 ， 断电后其数 对计算机硬件系统进行自检和初始 据将丢失。 ,装入操作系统， 据将丢失 。 常用于存放临时 自检通过后， 化，自检通过后 装入操作系统， 计算机才能正常工作。 计算机才能正常工作。 性数据或中间结果。 性数据或中间结果。

例如 计算机内存就是 RAM

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9.2主要要求： 主要要求：

只读存储器

的类型和结构，理解其工作原理。 了解 ROM 的类型和结构，理解其工作原理。 理解字 理解字、位、存储容量等概念。 存储容量等概念。 等概念 的使用。 了解集成 EPROM 的使用。

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一、ROM 的类型及其特点按 数 据 写 入 方 式 不 同 分其存储数据在制造时确定， 其存储数据在制造时确定 ， 用 掩模 ROM 户不能改变。用于批量大的产品。 户不能改变。用于批量大的产品。 其存储数据 可编程 ROM(Programmable ( 由用户写入。 由用户写入 。 但 ROM,简称 PROM) , ) 只能写一次。 只能写一次。 PROM( PROM, EPROM) 可擦除 PROM(Erasable PROM,简称 EPROM) 写入的数据可用紫外线擦除， 写入的数据可用紫外线擦除， 用户可以多次改写存储的数据。 用户可以多次改写存储的数据。 电可擦除 EPROM(Electrically ( EPROM,简称 E2PROM) , ) 写入的数据可电擦除， 写入的数据可电擦除 ， 用户可以 多次改写存储的数据。使用方便。 多次改写存储的数据。使用方便。

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二、ROM 的结构和工作原理由存储距阵、地

址译码器(和读出电路) 由存储距阵、地址译码器(和读出电路)组成 4 × 4 二极管 ROM 的结构和工作原理动画演示

(一) 存储矩阵由存储单元按字 (Word)和位(Bit)构成的距阵 )和位( )

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1. 存储矩阵的结构与工作原理 字线与位线的交叉 点即为存储单元 存储单元。 点即为存储单元。 每个存储单元可以 位二进制数。 存储 1 位二进制数。 交叉处的圆点 “ ” 表示存储 “1”;交叉处 ； 无圆点表示存储 “0”。 。 当某字线被选中时， 当某字线被选中时， 相应存储单元数据从位 输出。 线 D3 ~ D0 输出。 单击鼠标请看演示

1

0

1

1

W3 W2 字 W1 线 W0

D3 D2 D1 D0 位线 1 0 1 1 4 × 4 存储矩阵结构示意图

从位线输出的每组二进制代码称为一个字。 从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个 字中含有的存储单元数称为字长， 位数。 字中含有的存储单元数称为字长，即字长 = 位数。

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2. 存储容量及其表示 2. 存储容量及其表示 一般用“ 字长(即位数)” )”表示 一般用“字数 × 字长(即位数)”表示 指存储器中存储单元的数量 例如， 个字， 例如，一个 32 × 8 的 ROM,表示它有 32 个字， , 字长为 8 位，存储容量是 32 × 8 = 256。 。 对于大容量的 ROM 常用“ ”表示“ 常用“K”表示“1024”,即 1 K = 1024 = 210 ; ” 用“M”表示“1024 K”,即 1 M = 1024 K = 210 K = 220 。 ”表示“ ” 例如， 个字， 例如，一个 64 K × 8 的 ROM,表示它有 64 K 个字， , 字长为 8 位，存储容量是 64 K × 8 = 512 K。 。 EXIT

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3. 存储单元结构 3. 存储单元结构 (1) 固定 ROM 的存储单元结构 ) +VDD Wi Wi VCC 1 Dj 二极管 ROM Dj TTL - ROM Dj MOS - ROM Wi

单元； 接半导体管后成为储 1 单元； 若不接半导体管， 单元。 若不接半导体管，则为储 0 单元。 EXIT

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(2) PROM 的存储单元结构 ) +VDD Wi 熔丝 Dj 二极管 ROM Dj TTL - ROM Wi VCC 熔丝 Wi 1 Dj MOS - ROM 熔丝

PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为 出厂时，全部熔丝都连通， 全 1(或全 0) 。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 ( ) (或 1) ,这只要将需储 0(或 1)单元的熔丝烧断即可。 ) 这只要将需储 ( )单元的熔丝烧断即可。 熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM 只能一次编程。 熔丝烧断后不可恢复， 只能一次编程。 EXIT

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(3) 可擦除 PROM 的存储单元结构 ) 管替代熔丝。 用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。 EPROM 利用编程器写入数据 ， 用紫外线擦除数据。 利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。 其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。 芯片 其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之

用 。 写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封， 写入数据后 ， 必须用不透光胶纸将石英窗口密封 ， 以免 破坏芯片内信息。 破坏芯片内信息。 E2PROM 可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次 可以电擦除数据， 完成，性能更优越。 完成，性能更优越。

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(二) 地址译码器 (二)地址译码器中读出哪个字由地址码决定。 从 ROM 中读出哪个字由地址码决定。地址 译码器的作用是： 译码器的作用是： 根据输入地址码选中相应的字 使该字内容通过位线输出。 线，使该字内容通过位线输出。 刚才介绍了ROM中的存储距阵， 中的存储距阵， 刚才介绍了 中的存储距阵 4 例如，某 ROM 有 4 位地址码，则可选择 2 。 16 个字。 例如， 位地址码， 下面将学习ROM中的地址译码器 = 中的地址译码器。 个字。 下面将学习 中的地址译码器 被选中， 设输入地址码为 1010,则字线 W10 被选中，该 ， 字内容通过位线输出。 字内容通过位线输出。 存储矩阵中 存储单元的 编址方式 单译码编址方式 双译码编址方式 适用于小 容量存储器。 容量存储器。 适用于大 容量存储器。 容量存储器。

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1. 单地址译码方式 个字， 一个 n 位地址码的 ROM 有 2n 个字，对应 2n 又称单译码编址方式或单地址寻址方式 根字线，选中字线 Wi 就选中了该字的所有位。 根字线， 就选中了该字的所有位。 A0 A1 … 地 址 译 码 器 0, 0 1, 0 ≈ 31,0 0, 1 1, 1 ≈ 31,1 … 0, 7 1, 7 ≈ 31,7 W0 W1 基本单元为 存储单元 W31 …

A4

… D0 D1 D7 32 8单地址译码方式 ，选中字线每一行对应一个字， ,7) 例如， ~ A0 = 00000 时 32 × 8 存储器的结构图 ，0) ~ (0, W0,可将 (0, 例如，当×A4 存储矩阵排成 32 行 8 列，每一行对应一个字，每一 个字的同一位。 根地址输入线。 列对应 32 个字的同一位。32 个字需要 5 根地址输入线。当 A4 ~ 个基本存储单元的内容同时读出。 这 8 个基本存储单元的内容同时读出。 A0 给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。 给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。 EXIT

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2. 双地址译码方式 地址码分成行地址码和列地址码两组 又称双译码编址方式或双地址寻址方式 … Y Y Y0 1 15

A0 A1 A2 A3

行 地 址 译 码 器

W0 W1 ≈ W15

W16 W17 ≈ W31 …

W240 W241 ≈ W255

X0 X1 基本单元 为字单元 … X15

列 地 址 译 码 器 A4 A5 A6 A7 256 当 A7 ~ A0 = 8 根地址线，分为 A7 ~ 地址线均 根地址线， 根内部地址线 例如 字存储器需要 00001111 字存储器的结构图 A。 A0 两 若采用单地址译码方式，则需，X15 和 Y0 A4 和 3 ~ 若采用单地址译码方式256 时 256 根内

部地址线。 双地址译码方式 ， 送入行地址译码器， 组。A3 ~ A0 送入行地址译码器，产生 其存储内容被读出i。 为高电平， 被选中， 16 根行地址线 ( X ) ; 为高电平，字W15 被选中，其存储内容被读出。 A7 ~ A4 送入列地址译码器，产生 16 根列地址线 ( Yi ) 。存储矩 送入列地址译码器， EXIT 阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。 阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。

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三、集成 EPROM 举例27 系列 EPROM 是最常用的 EPROM,型 ， 号从 2716、2732、2764 一直到 27C040。存储容 、 、 。 量分别为 2K × 8、4K × 8一直到 512K × 8。下面 、 一直到 。 为例，介绍其功能及使用方法。 以 Intel 2716 为例，介绍其功能及使用方法。

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(一) 引脚图及其功能

A10 ~ A0 为地址码输入端。 为地址码输入端。 D7 ~ D0 为数据线，工作时为 为数据线， 数据输出端， A7 VCC 数据输出端，编程时为写入数据 1 24 输入端。 输入端。 A6 2 23 A8 A5 3 22 A9 VCC 和 GND:+5 V 工作电源 ： VPP A4 4 21 和地。 和地。 A3 5 20 OE CS 有两种功能： 有两种功能： A2 6 19 A10 A1 7 18 (1)工作时为片选使能端，低电 )工作时为片选使能端， CS A0 8 17 D7 平有效。 平有效。CS = 0 时，芯片被 D6 D0 16 9 选中，处于工作状态。 选中，处于工作状态。 D1 10 15 D5 (2)编程时为编程脉冲输入端。 )编程时为编程脉冲输入端。 D2 11 14 D4 13 D3 GND 12 OE 为允许数据输出端，低电 为允许数据输出端， 平有效。 平有效。OE = 0 时，允许读出数 存储容量为 2 K 字 不能读出数据。 据；OE = 1 时，不能读出数据。 VPP 为编程高电平输入端。编程时加 为编程高电平输入端。 +25 V 电压，工作时加 +5 V 电压。 电压， 电压。 EXIT Intel 2716 Intel 2716