第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、7.存儲(chǔ)器、復(fù)雜可編程邏輯器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)吃列7只讀存儲(chǔ)器7.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器7.3 復(fù)雜可編程邏輯器件*74現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列*7.5用EDA技術(shù)和可編程器件的設(shè)計(jì)例題教學(xué)基本要求:掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器字、位、存儲(chǔ)容量、地址等基本 概念。掌握RAM、ROM的工作原理及典型應(yīng)用。 了解存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的組成及工作原理。概述 _半導(dǎo)體存貯器能存放大量二值信息的半導(dǎo)體器件。存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大存儲(chǔ)容量大取快速度存儲(chǔ)時(shí)間短可編程邏輯器件是一種通用器件，其邏輯功能是由用戶 通過(guò)對(duì)器件的編程來(lái)設(shè)定的。它具有集成度高、結(jié)構(gòu)靈 活、處理速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。7.1只讀存儲(chǔ)器 一7ROM的定義與基本

2、結(jié)構(gòu)7.1.2兩維譯碼7.1.3可編程ROM7.L4集成電路ROM 7.L5 ROM的讀操作與時(shí)序圖7.1.6 ROM的應(yīng)用舉例71只讀存儲(chǔ)器SRAM (Static RAM):靜態(tài)RAMRAM(Random-AccessMemory)DRAM (Dynamic RAM)：動(dòng)態(tài)RAM固定ROMROM1(Read-Onlv Memory)L可編程ROMPROMEPROME2PROMRAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）：在運(yùn)行狀態(tài)可以隨時(shí)進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。存?chǔ)的數(shù)據(jù)必須有電源供應(yīng)才能保存，一旦掉電，數(shù)據(jù)全部丟失。ROM（只讀存儲(chǔ)器）：在正常工作狀態(tài)只能讀出信息。斷電后信息不會(huì)丟失，常用于存放固定信息（如程序、常

3、數(shù)等）。幾個(gè)基本概念:字長(zhǎng)（位數(shù)）：表示一個(gè)信息多位二進(jìn)制碼稱為一個(gè)字， 字的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字?jǐn)?shù)：字的總量。 字?jǐn)?shù)=2n （n為存儲(chǔ)器外部地址線的線數(shù)） 地址：每個(gè)字的編號(hào)。存儲(chǔ)容量（M）:存儲(chǔ)二值信息的總量.存儲(chǔ)容量（乂）=字?jǐn)?shù)位數(shù)行 地 址 譯 碼 lTTXT IT7.1 .1 ROM的定義與基本結(jié)構(gòu)只讀存儲(chǔ)器，工作時(shí)內(nèi)容只能讀出，不能隨時(shí)寫(xiě)入，所 以稱為只讀存儲(chǔ)器。(Read-Only Memory)ROM的分類二極管ROM按良岸善為中三極管ROMJ MOS管 ROMr固定ROM按寫(xiě)入情況劃分JPROMI可編程ROMq EPROMI E2PROM7.1.1 ROM的定義與基本結(jié)構(gòu)地址譯碼

4、器尸 工址輸入地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣輸出控制電路控制信號(hào)輸 入W輸出蓮喇電路數(shù)據(jù)輸出地址譯碼器方式譯碼 單譯碼 n位地址構(gòu)成2n條地址線。若n=10,則有1024條地址線雙譯碼 將地址分成兩部分，分別由行譯碼器和列譯碼器共同譯碼 其輸出為存儲(chǔ)矩陣的行列選擇線，由它們共同確定欲選擇的地址單元。，若給出地址A7-Ao=OO1 00001,將選中哪個(gè)存儲(chǔ)單元讀/寫(xiě)？行地址譯碼器若容量為256X4的存儲(chǔ)器，有256個(gè)字，8根地址線A7-A0, 但其數(shù)據(jù)線有4根，每字4位。若給出地址A7-AO = 000 11111,哪個(gè)單元的內(nèi)容可讀/寫(xiě)？1） ROM （二極管PROM）結(jié)構(gòu)示意圖M=4x4+5V

5、一 6位線當(dāng)。6=0時(shí)地址內(nèi)容4000100000014字線與位線的交點(diǎn)都是一個(gè) 存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有二極管 相當(dāng)存1,無(wú)二極管相當(dāng)存0 當(dāng)?shù)Z=1時(shí)榆出為高阻狀態(tài) 0地址譯碼器一-r2線-4線譯碼器丫3輸出控制電喀=存儲(chǔ)矩陣字線7.1.2兩維譯碼字線與位線的 交點(diǎn)都是一個(gè) 存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有 MOS管相當(dāng)存 0,無(wú)MOS管 相當(dāng)存1。該存儲(chǔ)器的容量=?以上兩種稱為ROM,其存儲(chǔ)矩陣中的內(nèi)容在出廠時(shí)已被固定，用戶不能修改。 PROMPROM是一種可編程序的ROM ,采用熔絲結(jié)構(gòu), 只給用戶一次編程機(jī)會(huì)。在出廠時(shí)全部存儲(chǔ)“1”， 用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫(xiě)為“0”。將熔絲燒斷，字線、字線位線在此交

6、叉，該單 元變成“0”。 位引線 斷/ 絲7.1.4集成電路ROMvccAT27C010,GND-%p 存儲(chǔ)陣列Y選通輸出緩沖器*0*132 Vcc231 PGM330 NC429 A14529 A13627 A878 匕26 A925 A1198243 OE10 O23 A101122 CE1221 071320 061419 051518 041617 03Vpp匚A16CA15匚A12CA7EA6匚GNDC匚匚匚匚匚匚匚匚匚A5A4A3A2A1AO00010228K，8 位 ROM工作模式CEOEPGM4如 Ao5。00X二 Ai -X數(shù)據(jù)輸出輸出尢雙-X=1=X =X =X高阻等待1X

7、一X 二 A 二X高阻快速編程 編程校驗(yàn)001001_ A _%p匕,p數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出7.L5 ROM的讀操作與哄(1)欲讀取單元的地址加到存儲(chǔ)器的地址輸入端;(2)加入有效的片選信號(hào)CE(3)使輸出使能信號(hào)礪有效，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，有效數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上;_(4)讓片選信號(hào)屈或輸出使能信號(hào)施無(wú)效，經(jīng)過(guò)一定延 時(shí)后數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)，本次讀出結(jié)束。7.1.6 ROM的應(yīng)用舉例(1)用于存儲(chǔ)固定的專用程序(2)利用ROM可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能查表功能 查某個(gè)角度的三角函數(shù)把變量值(角度)作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作 為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱為“造表”。使用時(shí), 根據(jù)榆入的地址(角度)，就可在

8、榆出端得到所需的函數(shù) 值，這就稱為“查表” O碼制變換- -把欲變換的編碼作為地址，把最終的 目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。用ROM實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路c，3 2，1，() 二進(jìn)制碼ddw。 格雷碼c4 A) 格雷碼w。 二進(jìn)制碼000000000100000000000 0 10 0 0 110 0 0 10 00 1o00 1 00 0 11100 1000 110000 110 1000 0 1 00 1101100 110 1000 0 1 00 11100 10 1011110 10 1()11000 1100 1110 10 110 1100 1110 10

9、00 10 100 10 01010 0()11001100 01111o100 1110 11100 11110010 101111110 10110 0010 111110110 11110 10110 010 101110 01 0 0 00110 111101011100 11110 11110100 110 11010111110 0 01111110 10c=A4q020o=O30“Qo(Aylyl j/40)W4i(Ayiyio)(c(A4)(A/二進(jìn)制碼格山碼格雷碼二進(jìn)制碼00 0 0 0ooooooooooooA00 0 0 10 0 0 1|0 0 0 1()0011o00

10、 1 000 1 11()0 1000 1 100 0 110 0 1010 0 110 0 10o0 1000 1101()1000111()0 10 1oil!10 10 10 1100 10000 110()1011()110o0 1110 10010 1110 10 1010001 100110001111100 1100 11110110 101iCEOE* 6zoi-數(shù)據(jù)輸出高阻數(shù)據(jù)輸出有效2.SRAM的寫(xiě)操作及時(shí)序圖寫(xiě)操作時(shí)序圖地址CEWE數(shù)據(jù)地址CEWE數(shù)據(jù)7.2.2同步靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SSRAM）SSRAM是一種高速RAM。與SRAM不同，SSRAM的讀寫(xiě) 操作是在時(shí)鐘脈

11、沖節(jié)拍控制下完成的。數(shù)據(jù)選擇器I/O地址寄存 器Di QiDo Q叢發(fā)控蒯邏輯讀寫(xiě)控制邏輯地寄瑪寫(xiě)址存地址譯碼存儲(chǔ)陣列輸入寄存曲寄存地址線上的地址AOV=0:普通模式讀寫(xiě)CTA0V=1:叢發(fā)模式讀寫(xiě)詼=0：寫(xiě)操作WE =1：讀操作2位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器, 處理AA。數(shù)據(jù)選擇X地址譯碼存儲(chǔ)陣列地寄器 與址存寄存各種使能控制信號(hào)，生成最終的 內(nèi)部讀寫(xiě)控制信號(hào)； OE 榆入驅(qū)動(dòng)榆入寄存蕊椅出放大I/O寄存要寫(xiě)入的 數(shù)據(jù)4ou=o：普通模式讀寫(xiě)WE =0:寫(xiě)操作 WE =1:讀操作普通模式讀寫(xiě)模式:在每個(gè)時(shí)鐘有效沿鎖存輸入信號(hào),在一 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，由內(nèi)部電路完成數(shù)據(jù)的讀（寫(xiě)）操作。91011CEWEZT，子

12、L-Jno讀11;1I/O榆;iI/O輸?shù)刂烦鯝1出A2單元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù);ft, LA數(shù)據(jù)開(kāi)始iM2_開(kāi)始 讀A3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)） 救 C（；2tea12)0旗。(4雙書(shū)初0( I 小6慚“A7XLfttrc1111*M JtSSX A5A8-i-開(kāi)始 i/o輸i/d輸i/o榆 讀A4 出A4 入、5 出A6 地址數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù); 單元開(kāi)始開(kāi)始開(kāi)始 數(shù)據(jù)一寫(xiě)A5-寫(xiě)A6 -讀AZ數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)4。丫=1:叢發(fā)模式讀寫(xiě)叢發(fā)模式讀寫(xiě)模式：在有新兔址輸入后，自動(dòng)產(chǎn)生后續(xù)地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作，地址總線讓出1 ! ? I2i691011cp v_/ 7CE A；房與有困孤A；然冷冰冷冰懇求毆率世 忌除冰冰與Ad;

13、然y；2:后;小w：琮打 酸舁;后一W we 9 ：譙杰於j率jW；膝戰(zhàn)球舉球孤出涔卷翡 忌常送炎忘Ano市港年親融救上建涔送送0強(qiáng)漳國(guó)於III:I1II;Xlfomi）潛01 + 1）/）山0（2洪）（2+珊）（Q6（h2+3）Q（TMA2jQ（ I （A3；）0fl （AH1-I 1 I讀A1 叢發(fā) 叢發(fā) 讀A2 叢發(fā) 叢發(fā) 叢發(fā) 叢發(fā)地址模式模式地址模式模式模式模式 單元 讀 讀 單元 讀 讀 讀 重新 數(shù)據(jù) Al+1 A1+2 數(shù)據(jù) A2+1 A2+2 A2+3 讀A2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)SSRAM的使用特點(diǎn)：在由SSRAM構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于在時(shí)鐘 有效沿到來(lái)時(shí)，地址、數(shù)據(jù)、

14、控制等信號(hào)被鎖 存到SSRAM內(nèi)部的寄存器中，因此讀寫(xiě)過(guò)程的 延時(shí)等待均在時(shí)鐘作用下，由SSRAM內(nèi)部控制 完成。此時(shí)，系統(tǒng)中的微處理器在讀寫(xiě)SSRAM 的同時(shí)，可以處理其他任務(wù)，從而提高了整個(gè) 系統(tǒng)的工作速度。1;反之電容器放 電,C存。刷新緩沖器刷新R 套行選線X輸出緩沖器/ 炎敏放大器存儲(chǔ)單元7.23動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器1、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元及出本操作原理寫(xiě)操作:X=1 礪=0T導(dǎo)通，電容器。與位線B連通輸入緩沖器被選 通，數(shù)據(jù)D經(jīng)緩沖 器和位線寫(xiě)入存 儲(chǔ)單元如果Di為1,則向 電容器充電，C存讀操作：X=1 WE=1T導(dǎo)通，電容器C與位線B連通輸出緩沖器/靈敏放大器 被選通，C中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù) 通

15、過(guò)位線和緩沖器輸出每次讀出后，必須及時(shí) 對(duì)讀出單元刷新，即此 時(shí)刷新控制K也為高電平, 則讀出的數(shù)據(jù)又經(jīng)刷新 緩沖器和位線對(duì)電容器C 進(jìn)行刷新。7.2.4存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展1 字長(zhǎng)（位數(shù)）的擴(kuò)展一用4KxMi的芯片組成4Kxi6位 的存儲(chǔ)系統(tǒng)。位擴(kuò)展可以利用芯片的并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。7.2.4 RAM存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展2.字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展一用用8KX8位的芯片組成32Kx8位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。芯片:A0 A12芯片數(shù)=4系統(tǒng)地址線數(shù)=15系統(tǒng):A14A13 A4?0000H產(chǎn)：D(A-()00111A-0002HA】 RAMI d.I 31FFFII9)20(KHaE d(2001H 2002H ： 3EFEH40(

16、MHA】 RAMI D 八一A0 在；DoA； RAMI p7 土 ，、(c A.400H 4002H 15rrr H一產(chǎn)Do ；RamiA-600UH 6001H 600211 ：7FEFH32K x 8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的地址分配表各RAM t芯片譯碼器 有效輸 山端擴(kuò)展的地 址輸入端A14 A138K x 8位RAM芯片地址輸入端A； A” .1 ,、A. . A.A, Aj At .% 1，|對(duì)應(yīng)的十 共進(jìn)制地 址碼IYo0 00 1o000J000 0100000 10000i000 0100010 !o00o!o00 0(0010:1 :1 11 1 1 lil 1 1 1!1 1 1 10000H 0001H0002H 1FFFHnYi0 10卜000,。00：00。0OOOOOfOOOOjOOOl obooooooooioi1 :11 !i 1 1 1 ：1 1 1 1 !1 1 1 112000U 2001II 200