電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第7章

1、第七章第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用以存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的器件用以存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的器件。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)： 根據(jù)使用功能的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為兩大類(lèi)：根據(jù)使用功能的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為兩大類(lèi)： （1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）也叫做讀）也叫做讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器。既能寫(xiě)存儲(chǔ)器。既能 方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時(shí)寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)。方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時(shí)寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)。RAM的的 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)易失，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)易失，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。 （2）只讀存儲(chǔ)器（）只讀存儲(chǔ)器（ROM）。其內(nèi)容只能讀出不能寫(xiě)入。）

2、。其內(nèi)容只能讀出不能寫(xiě)入。 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而消失，即具有非易失性。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而消失，即具有非易失性。 存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器的容量存儲(chǔ)器的容量：存儲(chǔ)器的容量=字長(zhǎng)（字長(zhǎng)（n）字?jǐn)?shù)（字?jǐn)?shù)（m） 一一 RAM的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、讀寫(xiě)控制器、輸入由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、讀寫(xiě)控制器、輸入/輸出控制、輸出控制、 片選控制等幾部分組成。片選控制等幾部分組成。 7.1 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） 存儲(chǔ)矩陣 讀/寫(xiě) 控制器控制器 地 址 譯 碼 器 地 址 碼 輸 片選 讀/寫(xiě)控制 輸入/輸出 入入 1. 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 圖中，圖中，1024個(gè)字排個(gè)字排

3、列成列成3232的矩的矩 陣。陣。 為了存取方便，給為了存取方便，給 它們編上號(hào)。它們編上號(hào)。 3 2 行 編 號(hào) 為行 編 號(hào) 為 X 0、 、 X1、X31， 3 2 列 編 號(hào) 為列 編 號(hào) 為 Y 0、 、 Y1、Y31。 這樣每一個(gè)存儲(chǔ)單這樣每一個(gè)存儲(chǔ)單 元都有了一個(gè)固元都有了一個(gè)固 定的編號(hào)，稱(chēng)為定的編號(hào)，稱(chēng)為 地址。地址。 2地址譯碼器地址譯碼器將寄存器將寄存器 地址所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)譯地址所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)譯 成有效的行選信號(hào)和列選成有效的行選信號(hào)和列選 信號(hào)，從而選中該存儲(chǔ)單信號(hào)，從而選中該存儲(chǔ)單 元。元。 采用雙譯碼結(jié)構(gòu)。采用雙譯碼結(jié)構(gòu)。 行地址譯碼器：行地址譯碼器：5輸入輸入

4、32輸出，輸出， 輸入為輸入為A0、A1 、A4， 輸出為輸出為X0、X1、X31； 列地址譯碼器：列地址譯碼器：5輸入輸入32輸出，輸出， 輸入為輸入為A5、A6 、A9， 輸出為輸出為Y0、Y1、Y31， 這樣共有這樣共有10條地址線。條地址線。 例如，輸入地址碼例如，輸入地址碼A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001，則行選線，則行選線 X11、列選線、列選線Y01，選中第，選中第X1行第行第Y0列的那個(gè)存儲(chǔ)單元。列的那個(gè)存儲(chǔ)單元。 3 RAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元 例例. 六管六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)存儲(chǔ)單元 4. 片選及輸入片選及輸入/輸出控制電路輸出控制電路

5、 當(dāng)選片信號(hào)當(dāng)選片信號(hào)CS1時(shí)，時(shí)，G5、G4輸出為輸出為0，三態(tài)門(mén)，三態(tài)門(mén)G1、G2、G3均處于高阻狀均處于高阻狀 態(tài)，輸入態(tài)，輸入/輸出（輸出（I/O）端與存儲(chǔ)器內(nèi)部完全隔離，存儲(chǔ)器禁止讀）端與存儲(chǔ)器內(nèi)部完全隔離，存儲(chǔ)器禁止讀/寫(xiě)操作，寫(xiě)操作， 即不工作；即不工作； & & G G G CS R/W 3 4 5 1 G D D I/O G2 當(dāng)當(dāng)CS0時(shí)，時(shí)，芯片被選通：當(dāng)芯片被選通：當(dāng) 1時(shí)，時(shí)，G5輸出高電平，輸出高電平，G3被打開(kāi)，于被打開(kāi)，于 是被選中的單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在是被選中的單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在I/O端，存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作；端，存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作； 當(dāng)當(dāng) 0時(shí)，時(shí)，G4輸出

6、高電平，輸出高電平，G1、G2被打開(kāi)，此時(shí)加在被打開(kāi)，此時(shí)加在I/O端的數(shù)據(jù)以端的數(shù)據(jù)以 互補(bǔ)的形式出現(xiàn)在內(nèi)部數(shù)據(jù)線上，存儲(chǔ)器執(zhí)行寫(xiě)操作?；パa(bǔ)的形式出現(xiàn)在內(nèi)部數(shù)據(jù)線上，存儲(chǔ)器執(zhí)行寫(xiě)操作。 二二. RAM的工作時(shí)序（以寫(xiě)入過(guò)程為例）的工作時(shí)序（以寫(xiě)入過(guò)程為例） 讀出操作過(guò)程如下：讀出操作過(guò)程如下： （1）欲寫(xiě)入單元的地址加到存儲(chǔ)器的地址輸入端；）欲寫(xiě)入單元的地址加到存儲(chǔ)器的地址輸入端； （2）加入有效的選片信號(hào)）加入有效的選片信號(hào)CS； （3）將待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)輸入端。）將待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)輸入端。 （3）在）在 線上加低電平，進(jìn)入寫(xiě)工作狀態(tài)；線上加低電平，進(jìn)入寫(xiě)工作狀態(tài)； （4）讓選片信

7、號(hào)）讓選片信號(hào)CS無(wú)效，無(wú)效，I/O端呈高阻態(tài)。端呈高阻態(tài)。 tWC 寫(xiě)入單元的地址ADD tWP CS R/W I/O 寫(xiě)入數(shù)據(jù) AS t WR t DW t DH t 三三 RAM的容量擴(kuò)展的容量擴(kuò)展 1位擴(kuò)展位擴(kuò)展 用用8片片1024（1K）1位位RAM構(gòu)成的構(gòu)成的10248位位RAM系統(tǒng)。系統(tǒng)。 10241RAM A AA R/WCS 0 1. I/O I/O . 10241RAM A AA R/WCS 01. I/O I/O 10241RAM A AA R/WCS 01 9 . I/O I/O . A A 0 1 R/W CS 0 17 9 9 9 A 2字?jǐn)U展字?jǐn)U展 用用8片片1K

8、8位位RAM構(gòu)成的構(gòu)成的8K8位位RAM。 0 1 . G 2A 12 74LS138 A Y +5V . G C 7 Y . G2B A Y A . 11A 1 10 . B . A . A I/O 10248RAM 1 00 0 R/W 7 R/W 1 R/W . 9A 10248RAM 90 . A 0 I/O R/WA 10248RAM CS 9 AA CS I/O 9 1AA . A 1 CS 1 A A 0 I/O 0 I/O I/O0 I/O1 I/O1 I/O1 7I/O7I/O7I/O . . . 4RAM的芯片簡(jiǎn)介的芯片簡(jiǎn)介(6116)(6116) 61166116為為2K

9、2K8 8位靜態(tài)位靜態(tài)CMOSRAMCMOSRAM 芯片引腳排列圖：芯片引腳排列圖： A0A10是地址碼輸入端，是地址碼輸入端，D0D7是是 數(shù)據(jù)輸出端，數(shù)據(jù)輸出端， 是選片端，是選片端， 是輸出使能端，是輸出使能端， 是寫(xiě)入控制端。是寫(xiě)入控制端。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 6116 7 6 5 4 3 2 1 1 2 A A A A A A A D D 0 0 A D V A A WE OE CS D D D D D A DD 8 9 10 7 6 5 4 3 GND （2）一次性可編程）一次性

10、可編程ROM（PROM）。出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為）。出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為1（或全（或全 為為0），用戶(hù)可根據(jù)自己的需要編程，但只能編程一次。），用戶(hù)可根據(jù)自己的需要編程，但只能編程一次。 7.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM) 一一 ROM的分類(lèi)的分類(lèi) 按照數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式特點(diǎn)不同，按照數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式特點(diǎn)不同，ROM可分為以下幾種：可分為以下幾種： （1）固定）固定ROM。廠家把數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器中，用戶(hù)無(wú)法進(jìn)行任何修改。廠家把數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器中，用戶(hù)無(wú)法進(jìn)行任何修改。 （3）光可擦除可編程）光可擦除可編程ROM（EPROM）。采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可編程）。采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可編程 存儲(chǔ)器。其內(nèi)容可通過(guò)紫外線

11、照射而被擦除，可多次編程。存儲(chǔ)器。其內(nèi)容可通過(guò)紫外線照射而被擦除，可多次編程。 （5）快閃存儲(chǔ)器（）快閃存儲(chǔ)器（Flash Memory）。也是采用浮柵型）。也是采用浮柵型MOS管，存儲(chǔ)器管，存儲(chǔ)器 中數(shù)據(jù)的擦除和寫(xiě)入是分開(kāi)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式與中數(shù)據(jù)的擦除和寫(xiě)入是分開(kāi)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式與EPROM相同，相同， 一般一只芯片可以擦除一般一只芯片可以擦除/寫(xiě)入寫(xiě)入100次以上。次以上。 （4）電可擦除可編程）電可擦除可編程ROM（E2PROM）。也是采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可）。也是采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可 編程編程ROM，但是構(gòu)成其存儲(chǔ)單元的是隧道，但是構(gòu)成其存儲(chǔ)單元的是隧道MOS管，是用電擦除，并管

12、，是用電擦除，并 且擦除的速度要快的多（一般為毫秒數(shù)量級(jí)）。且擦除的速度要快的多（一般為毫秒數(shù)量級(jí)）。E2PROM的電擦除的電擦除 過(guò)程就是改寫(xiě)過(guò)程，它具有過(guò)程就是改寫(xiě)過(guò)程，它具有ROM的非易失性，又具備類(lèi)似的非易失性，又具備類(lèi)似RAM的功的功 能，可以隨時(shí)改寫(xiě)（可重復(fù)擦寫(xiě)能，可以隨時(shí)改寫(xiě)（可重復(fù)擦寫(xiě)1萬(wàn)次以上）。萬(wàn)次以上）。 二二ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理的結(jié)構(gòu)及工作原理 1. ROM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 由地址譯碼器和存儲(chǔ)矩陣組成。由地址譯碼器和存儲(chǔ)矩陣組成。 0單元 1單元 i單元 單元2 1 n W W W W D D D 0 1 i n 2 1 0 1 b1 位線 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 .

13、. . . . 字線 輸出數(shù)據(jù) 輸 1 A A 器 . 地 入 址 譯 0 n1 地 碼 址 A . 2. ROM的基本的基本 工作原理：工作原理： 由地址譯碼器由地址譯碼器 和或門(mén)存儲(chǔ)矩陣組成。和或門(mén)存儲(chǔ)矩陣組成。 例：存儲(chǔ)容量為例：存儲(chǔ)容量為 44的的ROM 0A A 1 1 1 1 W0 3 W W2 1 W D3 D2 1 D D0 1 地 址 譯 碼 器 二極管固定二極管固定ROM舉例舉例 （1）電路組成：）電路組成： 由二極管與門(mén)和由二極管與門(mén)和 或門(mén)構(gòu)成?；蜷T(mén)構(gòu)成。 與門(mén)陣列組成與門(mén)陣列組成 譯碼器，或門(mén)譯碼器，或門(mén) 陣列構(gòu)成存儲(chǔ)陣列構(gòu)成存儲(chǔ) 陣列。陣列。 A 1 0 1 1 A

14、1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EN D EN EN D D D EN . D D D D 0 0 11 2 2 3 3 輸出緩沖器 位 線 WWWW 01 23 字線 . 與 門(mén) 陣 列 （譯碼器） （編碼器） 門(mén) 陣 列 或 EN VCC （2）輸出信號(hào)表達(dá)式）輸出信號(hào)表達(dá)式 與門(mén)陣列輸出表達(dá)式：與門(mén)陣列輸出表達(dá)式： （3）ROM存儲(chǔ)內(nèi)容的真值表存儲(chǔ)內(nèi)容的真值表 或門(mén)陣列輸出表達(dá)式：或門(mén)陣列輸出表達(dá)式： 0 1 0 AAW 0 1 1 AAW 012 AA

15、W 013 AAW 200 WWD 3211 WWWD 3202 WWWD 313 WWD 1.作函數(shù)運(yùn)算表電路作函數(shù)運(yùn)算表電路 【例【例7.21】試用試用ROM構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)函數(shù)構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)函數(shù)y=x2的運(yùn)算表電路，的運(yùn)算表電路，x的取值范的取值范 圍為圍為015的正整數(shù)。的正整數(shù)。 三三 ROM的應(yīng)用的應(yīng)用 【解】【解】（1）分析要求、設(shè)定變量）分析要求、設(shè)定變量 自變量自變量x的取值范圍為的取值范圍為015的正整數(shù)，對(duì)應(yīng)的的正整數(shù)，對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制正整數(shù)，用位二進(jìn)制正整數(shù)，用 B=B3B2B1B0表示。根據(jù)表示。根據(jù)y=x2的運(yùn)算關(guān)系，可求出的運(yùn)算關(guān)系，可求出y的最大值是的最大值是152 22

16、5，可以用，可以用8位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。表示。 （2）列真值表）列真值表函數(shù)運(yùn)算表函數(shù)運(yùn)算表 Y7=m12+m13+m14+m15 （3）寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式）寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式 Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12 Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15 Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15 Y3=m3+m5+m11+m13 Y1=0 Y2=m2+m6+m10+m14 (4)畫(huà)畫(huà)ROM存儲(chǔ)矩陣結(jié)點(diǎn)連接圖存儲(chǔ)矩陣結(jié)點(diǎn)連接圖 為做圖方便，我們將為做圖方便，我們將ROM矩陣中的二極管用節(jié)點(diǎn)表示。矩陣中的二極管用節(jié)點(diǎn)表示。 Y0= m

17、1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15 【解】【解】 （1）寫(xiě)出各函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式：）寫(xiě)出各函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式： 按按A、B、C、D順序排列變量，將順序排列變量，將Y1、Y2、 、Y4擴(kuò)展成為四變量邏輯函數(shù)。 擴(kuò)展成為四變量邏輯函數(shù)。 2.實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù) 【例【例7.22】試用試用ROM實(shí)現(xiàn)下列函數(shù)：實(shí)現(xiàn)下列函數(shù)： ABCCBACBACBAY 1 CABCY 2 ABCDDCABDCBADBCACDBADCBAY 3 BCDACDABDABCY 4 ），（ ），（ ），（ ），（ 151413117 15129630 1514111076 15149

18、85432 4 3 2 1 m m m m Y Y Y Y （2）選用）選用164位位ROM，畫(huà)存儲(chǔ)矩陣連線圖：，畫(huà)存儲(chǔ)矩陣連線圖： 四四EPROM舉例舉例2764 VV ppcc CS PGM AA DD 12 0 07 地 2764 AA 12 0 DD 7 CS 0 PGM Vpp ccV 引腳 功能 地址輸入 芯片使能 編程脈沖 電壓輸入 數(shù) 據(jù) A A A A A A A A A A A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A 11 12 O O O O O 0 O 1 2O 3 4 5O 6 7 2 23 21 24 25 3 4 5 6 7 8 9 8kB8 276

19、4 10 1 27 PGM (PGM) VIH 20 CS OE CS OE 22 11 12 13 15 16 17 18 19 地 址 輸 入 數(shù) 據(jù)據(jù) 輸 出 VCC VPP 28 GND 14 五五.ROM容量的擴(kuò)展容量的擴(kuò)展 （1）字長(zhǎng)的擴(kuò)展（位擴(kuò)展）字長(zhǎng)的擴(kuò)展（位擴(kuò)展） 現(xiàn)有型號(hào)的現(xiàn)有型號(hào)的EPROM，輸出多為，輸出多為8位。位。 下圖是將兩片下圖是將兩片2764擴(kuò)展成擴(kuò)展成8k16位位EPROM的連線圖。的連線圖。 . . . . . . . . . . . . A A O O OCS OE 0 0 12 7 . . . . . . . . . . . . A A O O OCS

20、 OE 0 0 12 7 CS OE A0A12 70 DD8 15DD 13 13 13 88 地址總線 數(shù)據(jù)總線 8kB88kB8 27642764 UU 12 用用8片片2764擴(kuò)展成擴(kuò)展成64k8位的位的EPROM： （2）字?jǐn)?shù)擴(kuò)展（地址碼擴(kuò)展）字?jǐn)?shù)擴(kuò)展（地址碼擴(kuò)展） . . . . . . . . . . . . A A O O OCS OE 0 0 12 7 OE 0 AA12 DD 70 O . . 0 . . . . . . . . . 12 0 A 7 O OE A CS O O . . 0 . . . . . . . . . 12 0 A 7 O OE A CS O . .

21、 . . . A A Y Y G G 0 0A1 2 G1 7 . . . . Y1 276427642764 74LS138 U1 U2U8 +5V A A A 13 14 15 2A 2B 13 13 13 13 8 8 8 8 地址總線 數(shù)據(jù)總線 本章小節(jié)本章小節(jié) 2 2RAMRAM是一種時(shí)序邏輯電路，具有記憶功能。其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)隨電源斷電是一種時(shí)序邏輯電路，具有記憶功能。其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)隨電源斷電 而消失，因此是一種易失性的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。它包含有而消失，因此是一種易失性的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。它包含有SRAMSRAM和和DRAMDRAM兩兩 種類(lèi)型，前者用觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)，后者靠種類(lèi)型，前者用觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)，后者靠MOSMOS管柵極電容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。管柵極電容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 因此，在不停電的情況下，因此，在不停電的情況下，SR