半导体存储器的结构主要包括哪三个部分

Question

半导体存储器的结构主要包括哪三个部分

Answer 1

7.1 概述
半导体存储器以其容量大、体积小、功耗低、存取速度快、使用寿命长等特点,已广泛应用于数字系统.
根据用途分为两大类：
1 、只读存储器 ROM . 用于存放永久性的、不变的数据.
2 、随机存取存储器 RAM . 用于存放一些临时性的数据或中间结果,需要经常改变存储内容.
7.2 只读存储器
　　各种存储器中结构最简单的一种.在正常工作时它存储的数据是固定不变的,只能读出,不能随时
写入,故称只读存储器.
分类：
使用的器件类型 : 二极管 ROM 双极型三极管 ROM 　MOS 管 ROM
数据的写入方式 : 　　　
固定 ROM ：无法更改,出厂时已定
可编程 ROM （ PROM ）：用户只可写入一次
可擦可编程 ROM （ EPROM ）：可写可擦,但费时长,操作复杂电抹可编程 ROM （ E2PROM ）
7.2.1 固定 ROM 的结构和工作原理
一、电路组成
图 7.2.1 4*4 二极管ROM的结构图
(a)二极管的结构 (b)存储矩阵示意图
它由一个二线 ― 四线地址译码器和一个 4×4 的二极管存储矩阵组成.存储矩阵由二极管或门组成,
其输出为 D 0 ～ D 3.为输入的地址码,可产生 W0 ～ W 3 4 个不同的地址,W 0 ～ W 3 称
为字线,用以选择存储的内容,D 0 ～ D 3 称作位线.
在 W 0 ～ W 3 中,任一输出为高电平时,在 D 0 ～ D 3 4 根线上输出一组 4 位二进制代码,每组代
码称作一个字.

二、读数
举例分析 ROM 的存储原理.
7.2.2 可编程只读存储器（ PROM ）
可编程只读存储器是一种用户可直接向芯片写入信息的存储器,这样的 ROM 称为可编程 ROM ,简称
PROM .向芯片写入信息的过程称为对存储器芯片编程.
7.2.3 可擦除可编程只读存储器（ EPROM ）
它允许对芯片进行反复改写.
根据对芯片内容擦除方式的不同可分为：
一、 EPROM ,紫外线擦除方式,数据可保持 10 年左右.
二、 EEPROM （也写作 PROM ）,电擦除可编程方式,速度快,数据可保持 10 年以上时间.
7.3 随机存取存储器
7.3.1 RAM 的基本结构和工作原理
优点：读写方便,使用灵活.
缺点：掉电丢失信息.
一、 RAM 的结构和读写原理
7.3.2 RAM 的存储单元
一、静态随机存取存储器（ SRAM ）的存储单元电路

图7.3.1　6管CMOS静态存储单元原理图
1 ．存储单元
存储单元由 V 1 ～ V 6 组成.两个稳定状态,分别存储数据 1 和 0 .
2 ．列选择线 Y 和读／写控制电路
图中 V 5 、 V 6 为受列选择线 Y 控制的门控管, G 4 、 G 5 和三态门 G 1 ～ G 3 构成读／写
控制电路.
当列选择线为低电子 0 时, V 7 、 V 8 均截止,封锁了存储单元位线与输入 / 输出端的通路,使存
储单元的数据不能读出,也不能被外信号改写.当列选线为高电平 1 时, V 7 、 V 8 导通,对存储单
元可进行读 / 写操作,由读 / 写控制电路和 的状态控制集成静态存储器 2114A

图7.3.2　　2114A 电路结构框图和外引线图
(a)电路结构框图　　　　(b)外引线图
Intel 2114A 是单片 1 K×4 位（即有 1 K 个字,每个字 4 位）的静态存储器（ SRAM ）,它是双列
直插 18 脚封装器件,采用 5V 供电,与 TTL 电平完全兼容.
二、动态随机存取存储器 (DRAM) 的存储单元电路
动态存储单元是由 MOS 管的栅极电容 C 和门控管组成的.数据以电荷的形式存储在栅极电容上,电容
上的电压高表示存储数据 1 ；电容没有储存电荷,电压为 0 ,表明存储数据 0 .因存在漏电,使电容
存储的信息不能长久保持,为防止信息丢失,就必须定时地给电容补充电荷,这种操作称为 “ 刷新 ”
由于要不断地刷新,所以称为动态存储.包括 4 管 MOS 动态存储单元电路和单管 MOS 动态存储单元等
7.4 RAM 的扩展
当单片 RAM 不能满足存储容量的要求时,这时可把多个单片 RAM 进行组合,扩展成大容量存储器.
一、 RAM 的位扩展

图　7.4.1 RAM的位扩展
二、 RAM 的字扩展
字扩展就是把几片相同 RAM 的数据线并接在一起作为共用输入输出端（即位不变）,读 / 写控制线也
接在一起,把地址线加以扩展,用扩展的地址线去控制各片 RAM 的片选 线 .

图7.4.2　　RAM 的字扩展 　
三、 RAM 的字、位扩展
当 RAM 的位线和字线都需要扩展时,一般是先进行位扩展,然后再进行字扩展.

图7.4.3　　RAM 的字、位扩展
7.5　ROM的应用
本章小结：
一、只读存储器 ROM(Read Only Memory)
1 ．读存储器具有供电电源切断时, ROM 中存储的信息不会丢失的特性.
2.　ROM 的基本结构是由一个固定连接的与门阵列和一个可编程连接的或门阵列所组成.
3. 是一种在正常工作情况下只能读取而不能写入数据的存储器,在计算机中主要用于存放执行程序、
　　数据表格和字符等.
二、随机存取存储器（ RAM ）
1 ．按存储单元的特性分为：
SRAM ：静态随机存储器
DRAM ：动态随机存储器
2 ．在使用时可以随时从任一指定地址取出（读出）数据,也可以随时将数据存入（写入）任何
指定地址的存储单元中去.
3 ．特点：优点是读写方便,使用灵活.缺点是存在易失性,一旦断电所存储的数据便会丢失,
　不利于数据长期保存.