1、3.4 只读存储器和闪速存储器一、 只读存储器可编程 ROM：用户后写入内容，有些可以多次写入。一次性编程的 PROM多次编程的 EPROM和 E2PROM。ROM叫做只读存储器叫做只读存储器 。顾名思义，只读的意思是在它工作时 只能读出 ， 不能写入 。然而其中存储的原始数据，必须在它工作以前写入。只读存储器由于工作可靠，保密性强，在计算机系统中得到广泛的应用。主要有两类：掩模 ROM：掩模 ROM实际上是一个存储内容固定的 ROM，由生产厂家提供产品。11、掩模 ROM(1)、掩模 ROM的阵列结构和存储元 截止表示存 0导通表示存 1当行选线与 MOS管栅极连接时， MOS管导通，列线上
2、为高电平，表示该存储元存 1。当行选线与 MOS管栅极不连接时， MOS管截止，表示该存储元存 0。2掩膜 ROM实际上是一个存储内容固定的 ROM，由生产厂家提供产品。它包括广泛使用的具有标准功能的程序或数据，或提供用户定做的具有特殊功能的程序或数据，当然这些程序或数据均转换成二进制码。一旦 ROM芯片片做成，就不能改变其中的存储内容。大部分 ROM芯片利用在行选线交叉点上的晶体管是导通或截止来表示存 1或存 0。图表示一个 168位的 ROM阵列结构示意图。地址输入线有 4条，单译码结构，因此 ROM的行选线为 16条，对应 16个字 16个存储单元，每个字的长度为 8位，所以列选线为 8
3、条。行、列线交叉点是一个 MOS管存储元。当行选线与 MOS管栅极连接时，MOS管导通，列线上为高电平，表示该存储元存 1。当行选线与 MOS管栅极不连接时， MOS管截止，表示该存储元存 0。此处存 1、存 0的工作，在生产商厂制造 ROM芯片时就做好了。3（ 2）、掩模 ROM的逻辑符号和内部逻辑框图 图 (a)是掩膜 ROM的逻辑符号， (b)为内部逻辑框图。 ROM有三组信号线： 地址线 8条 ，所以 ROM的存储容量为 28=256个字， 数据线 4条 ，对应字长 4位。 控制线两条 E0、 E1，二者是 “与”的关系，可以连在一起。当允许 ROM读出时， E0=E1为低电平， RO
4、M的输出缓冲器被打开， 4位数据 O3 O0便读出。42、可编程 ROMEPROM叫做光擦除可编程可读存储器叫做光擦除可编程可读存储器 。它的存储内容可以根据需要写入，当需要更新时将原存储内容抹去，再写入新的内容。 (1)、 EPROM存储元 当 G1栅有电子积累时，该 MOS管的开启电压变得很高，即使 G2栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了 “0”。 反之， G1栅无电子积累时， MOS管的开启电压较低，当 G2栅为高电平时，该管可以导通，相当于存储了 “1”。5n现以浮栅雪崩注入型 MOS管为存储元的 EPROM为例进行说明，结构如图 (a)所示，图 (b)是电路符号。n若在漏极 D
5、端加上约几十伏的脉冲电压，使得沟道中的电场足够强，则会造成雪崩，产生很多高能量电子。此时，若在 G2栅上加上正电压，形成方向与沟道垂直的电场，便可使沟道中的电子穿过氧化层而注入到 G1栅，从而使 G1栅积累负电荷。n由于 G1栅周围都是绝缘的二氧化硅层，泄漏电流极小，所以一旦电子注入到 G1栅后，就能长期保存。 n当 G1栅有电子积累时，该 MOS管的开启电压变得很高，即使G2栅为高电平，该管仍不能导通，相当于存储了 “0”。反之，G1栅无电子积累时， MOS管的开启电压较低，当 G2栅为高电平时，该管可以导通，相当于存储了 “1”。6n图 (d)示出了读出时的电路，它采用二维译码方式： x地
6、址译码器的输出 xi与 G2栅极相连，以决定 T2管是否选中； y地址译码器的输出 yi与 T1管栅极相连，控制其数据是否读出。当片选信号CS为高电平即该片选中时，方能读出数据。n这种器件的上方有一个石英窗口，如图 (c)所示。当用光子能量较高的紫外光照射 G1浮栅时， G1中电子获得足够能量，从而穿过氧化层回到衬底中，如图 (e)所示。这样可使浮栅上的电子消失，达到抹去存储信息的目的，相当于存储器又存了全“1”。 n这种 EPROM出厂时为全 “1”状态，使用者可根据需要写 “0”。写 “0”电路如图 (f)所示， xi和 yi选择线为高电位， P端加 20多伏的正脉冲，脉冲宽度为 0.1
7、1ms。 EPROM允许多次重写。抹去时，用 40W 紫外灯，相距 2cm，照射几分钟即可。 7(2)、 E2PROM存储元 8n这种存储器在出厂时，存储内容为全 “1”状态。使用时，可根据要求把某些存储元写 “0”。写 “0”电路如图 (d)所示。漏极 D加20V正脉冲 P2, G2栅接地，浮栅上电子通过隧道返回衬底，相当于写 “0”。 E2PROM允许改写上千次，改写（先抹后写）大约需20ms，数据可存储 20年以上。 nE2PROM读出时的电路如图 (e)所示，这时 G2栅加 3V电压，若G1栅有电子积累， T2管不能导通，相当于存 “1”；若 G1栅无电子积累， T2管导通，相当于存
8、“0”。 nEEPROM，叫做电擦除可编程只读存储器。其存储元是一个具有两个栅极的 NMOS管，如图 (a)和 (b)所示， G1是控制栅，它是一个浮栅，无引出线； G2是抹去栅，它有引出线。在 G1栅和漏极 D之间有一小面积的氧化层，其厚度极薄，可产生隧道效应。如图 (c)所示，当 G2栅加 20V正脉冲 P1时，通过隧道效应，电子由衬底注入到 G1浮栅，相当于存储了 “1”。利用此方法可将存储器抹成全 “1”状态。 9二、闪速存储器FLASH存储器 也翻译成 闪速存储器 ，它是高密度非失易失性的读 /写存储器。 高密度 意味着它具有巨大比特数目的存储容量。 非易失性 意味着存放的数据在没有电源的情况下可以长期保存。总之，它既有 RAM的优点，又有 ROM的优点，称得上是存储技术划时代的进展。 10
