第10章數(shù)字電路

1、第十章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第十章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 概述概述順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器(SAM)只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)本章小結(jié)本章小結(jié)本章目標(biāo)本章目標(biāo) 通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者可以具備下述能力：通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者可以具備下述能力： 1了解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理了解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和用途和用途 2了解順序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和工作原理了解順序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 3掌握只讀存儲(chǔ)器的類型特點(diǎn)、工作原理和掌握只讀存儲(chǔ)器的類型特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用應(yīng)用 4掌握隨機(jī)存儲(chǔ)器的類型特點(diǎn)、工作原理和掌握隨機(jī)存儲(chǔ)器的類型特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用應(yīng)用 5掌握用存

2、儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)掌握用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)10.1概述概述 了解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的了解半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用、類型與特點(diǎn)作用、類型與特點(diǎn)一、一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的作用 存放二值數(shù)據(jù)存放二值數(shù)據(jù)二、二、 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 按制造工藝分類：按制造工藝分類：雙極型：工作速度快、功耗大、價(jià)格較高。雙極型：工作速度快、功耗大、價(jià)格較高。MOS型：集成度高、功耗小、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低。型：集成度高、功耗小、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低。10.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)與應(yīng)用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)與應(yīng)用例如計(jì)算機(jī)中的自檢程序、初例如計(jì)算機(jī)中的自檢程序、初始化程序便是固化在始化程序便是固化在 R

3、OM 中的。中的。計(jì)算機(jī)接通電源后，首先運(yùn)行它，計(jì)算機(jī)接通電源后，首先運(yùn)行它，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行自檢和初始對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行自檢和初始化，自檢通過(guò)后，裝入操作系統(tǒng)，化，自檢通過(guò)后，裝入操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)才能正常工作。計(jì)算機(jī)才能正常工作。只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器( (ROM，即即Read- -Only Memory) )隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器( (RAM，即即Random Access Memory) ) RAM 既能讀出既能讀出信息信息又能又能寫(xiě)入寫(xiě)入信息。信息。它用于存放需經(jīng)它用于存放需經(jīng)常改變的信息，常改變的信息，斷電后其數(shù)斷電后其數(shù)據(jù)將丟失據(jù)將丟失。常用于存放臨時(shí)。常用于存放臨時(shí)性數(shù)

4、據(jù)或中間結(jié)果。性數(shù)據(jù)或中間結(jié)果。例如例如 計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是計(jì)算機(jī)內(nèi)存就是 RAM ROM 在工作時(shí)在工作時(shí)只能讀出只能讀出信息而不能寫(xiě)入信息。信息而不能寫(xiě)入信息。它用于它用于存放固定不變的信息，存放固定不變的信息，斷電后斷電后其數(shù)據(jù)不會(huì)丟失其數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。常用于存放。常用于存放程序、常數(shù)、表格等。程序、常數(shù)、表格等。 2、按存取方式不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分成只讀存、按存取方式不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分成只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和順序存取存儲(chǔ)器和順序存取存儲(chǔ)器SAM。2. 2. 存儲(chǔ)容量及其表示存儲(chǔ)容量及其表示用用“M”表示表示“1024 K”，即，即 1 M = 10

5、24 K = 210 K = 220 1. 存儲(chǔ)容量及其表示存儲(chǔ)容量及其表示 指存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的數(shù)量指存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的數(shù)量 例如，一個(gè)例如，一個(gè) 64 8 的的 ROM，表示它有，表示它有 64 個(gè)字，個(gè)字， 字長(zhǎng)為字長(zhǎng)為 8 位，存儲(chǔ)容量是位，存儲(chǔ)容量是 64 8 = 512。 對(duì)于大容量的對(duì)于大容量的 ROM常用常用“K”表示表示“1024”，即，即 1 K = 1024 = 210 ；例如，一個(gè)例如，一個(gè) 64 K 8 的的 ROM，表示它有，表示它有 64 K 個(gè)字，個(gè)字， 字長(zhǎng)為字長(zhǎng)為 8 位，存儲(chǔ)容量是位，存儲(chǔ)容量是 64 K 8 = 512 K。 一般用一般用“字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù) 字字

6、長(zhǎng)長(zhǎng)( (即位數(shù)即位數(shù))”)”表示表示10.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)2.存取時(shí)間和存取周期存取時(shí)間和存取周期 存儲(chǔ)器的一次操作存儲(chǔ)器的一次操作(讀或?qū)懽x或?qū)?所需要的時(shí)間。稱存儲(chǔ)器存所需要的時(shí)間。稱存儲(chǔ)器存取訪問(wèn)時(shí)間。取訪問(wèn)時(shí)間。 了解順序存取存儲(chǔ)器了解順序存取存儲(chǔ)器(SAM)的作用的作用了解順序存取存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)和組成了解順序存取存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)和組成 10.2順序存取存儲(chǔ)器（順序存取存儲(chǔ)器（SAM）10.2.1 先入先出的順序存取存儲(chǔ)器先入先出的順序存取存儲(chǔ)器 時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)CP的周期為的周期為T(mén)C，則存儲(chǔ)深度為，則存儲(chǔ)深度為N的的SAM完完成一次讀

7、寫(xiě)需要的時(shí)間為成一次讀寫(xiě)需要的時(shí)間為T(mén)=NTC。 1R W /0R W 寫(xiě)操作：數(shù)據(jù)從寫(xiě)操作：數(shù)據(jù)從DI端逐位輸入，從端逐位輸入，從D0端輸出端輸出 讀操作：數(shù)據(jù)從讀操作：數(shù)據(jù)從D0輸出，同時(shí)數(shù)據(jù)返回到移位寄輸出，同時(shí)數(shù)據(jù)返回到移位寄存器的輸入端，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的循環(huán)移位。存器的輸入端，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的循環(huán)移位。 10.2.2 先入后出的順序存取存儲(chǔ)器先入后出的順序存取存儲(chǔ)器 讀操作：讀操作：/1/1R WSL SR移存器執(zhí)行右移操移存器執(zhí)行右移操作，存于各移存器最右作，存于各移存器最右端的數(shù)據(jù)最先由端的數(shù)據(jù)最先由I/O端端讀出。讀出。移存器執(zhí)行左移操移存器執(zhí)行左移操作，由作，由I/O端最先送入端

8、最先送入的數(shù)據(jù)存于各移存器的的數(shù)據(jù)存于各移存器的最右端。最右端。寫(xiě)操作：寫(xiě)操作：/0/0R WSL SR 了解了解 ROM 的類型和結(jié)構(gòu)，理解其工作原理的類型和結(jié)構(gòu)，理解其工作原理 了解集成了解集成 EPROM 的使用的使用 理解理解字、位、存儲(chǔ)容量字、位、存儲(chǔ)容量等概念等概念 10.3只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器按按數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寫(xiě)寫(xiě)入入方方式式不不同同分分掩模掩模 ROM 可編程可編程 ROM( (Programmable ROM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 PROM) ) 可擦除可擦除 PROM( (Erasable PROM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 EPROM) ) 電可擦除電可擦除 EPROM( (Electrically

9、EPROM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 E2PROM) ) 10.3.1 ROM 的類型及其特點(diǎn)的類型及其特點(diǎn) 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)可電擦除，用戶可以寫(xiě)入的數(shù)據(jù)可電擦除，用戶可以多次改寫(xiě)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。使用方便。多次改寫(xiě)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。使用方便。 其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在制造時(shí)確定，用其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在制造時(shí)確定，用戶不能改變。用于批量大的產(chǎn)品。戶不能改變。用于批量大的產(chǎn)品。 其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)由用戶寫(xiě)入。但由用戶寫(xiě)入。但只能寫(xiě)一次。只能寫(xiě)一次。 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)可用紫外線擦除，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)可用紫外線擦除，用戶可以多次改寫(xiě)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。用戶可以多次改寫(xiě)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。 10.3.2 ROM 的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 一、存儲(chǔ)矩陣一、存儲(chǔ)矩陣 由存儲(chǔ)

10、單元按字由存儲(chǔ)單元按字 ( (Word) )和位和位( (Bit) )構(gòu)成的距陣構(gòu)成的距陣 由存儲(chǔ)距陣、地址譯碼器由存儲(chǔ)距陣、地址譯碼器( (和輸出電路和輸出電路) )組成組成 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣輸出電路輸出電路EN1111D3RY3Y2Y1Y0W0A0A1地址譯碼器地址譯碼器位線位線W1W2W3RRREND2D1D0( (a) )電路圖 44位二極管固定ROM字線字線芯片在制造時(shí)就把需要芯片在制造時(shí)就把需要存儲(chǔ)的內(nèi)容用電路結(jié)構(gòu)固定存儲(chǔ)的內(nèi)容用電路結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，使用時(shí)無(wú)法再改變。下來(lái)，使用時(shí)無(wú)法再改變。二極管固定二極管固定ROM字線和位線的交叉處代字線和位線的交叉處代表一個(gè)存儲(chǔ)單元，有二極管表一

11、個(gè)存儲(chǔ)單元，有二極管表示存表示存1，否則表示存，否則表示存0。A1 A0D3D2D1D00 000000 100011 011101 1111144位ROM數(shù)據(jù)表1. 存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)與工作原理存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)與工作原理 4 4 存儲(chǔ)矩陣結(jié)構(gòu)示意圖存儲(chǔ)矩陣結(jié)構(gòu)示意圖 W3W2W1W0D3D2D1D0字字線線位線位線字線與位線的交叉字線與位線的交叉點(diǎn)即為點(diǎn)即為存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元。 每個(gè)存儲(chǔ)單元可以每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)存儲(chǔ) 1 位二進(jìn)制數(shù)。位二進(jìn)制數(shù)。 交叉處的圓點(diǎn)交叉處的圓點(diǎn) “ ”表示存儲(chǔ)表示存儲(chǔ) “1”；交叉處；交叉處無(wú)圓點(diǎn)表示存儲(chǔ)無(wú)圓點(diǎn)表示存儲(chǔ) “0”。 當(dāng)某字線被選中時(shí)，當(dāng)某字線被選中時(shí)，相應(yīng)

12、存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)從位相應(yīng)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)從位線線 D3 D0 輸出。輸出。 10 1 110 1 1從位線輸出的每組二進(jìn)制代碼稱為一個(gè)字。一個(gè)從位線輸出的每組二進(jìn)制代碼稱為一個(gè)字。一個(gè)字中含有的存儲(chǔ)單元數(shù)稱為字長(zhǎng)，即字長(zhǎng)字中含有的存儲(chǔ)單元數(shù)稱為字長(zhǎng)，即字長(zhǎng) = 位數(shù)。位數(shù)。 W31. 存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)與工作原理存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)與工作原理 3. 3. 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)2. 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu) ( (1) ) 固定固定 ROM 的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu) 二極管二極管 ROM TTL - - ROM MOS - - ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj +VDD 1接半導(dǎo)體管后成

13、為儲(chǔ)接半導(dǎo)體管后成為儲(chǔ) 1 單元；單元；若不接半導(dǎo)體管，則為儲(chǔ)若不接半導(dǎo)體管，則為儲(chǔ) 0 單元。單元。( (2) ) PROM 的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu) PROM 出廠時(shí)，全部熔絲都連通，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為出廠時(shí)，全部熔絲都連通，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為全全 1( (或全或全 0) ) 。用戶可借助編程工具將某些單元改寫(xiě)為。用戶可借助編程工具將某些單元改寫(xiě)為 0 ( (或或 1) ) ,這只要將需儲(chǔ)這只要將需儲(chǔ) 0( (或或 1) )單元的熔絲燒斷即可。單元的熔絲燒斷即可。 熔絲燒斷后不可恢復(fù)，因此熔絲燒斷后不可恢復(fù)，因此 PROM 只能一次編程。只能一次編程。 二極管二極管 ROM TTL - -

14、 ROM MOS - - ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj +VDD 1熔絲熔絲熔絲熔絲熔絲熔絲( (3) ) 可擦除可擦除 PROM 的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu) EPROM 利用編程器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，用紫外線擦除數(shù)據(jù)。利用編程器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，用紫外線擦除數(shù)據(jù)。其集成芯片上有一個(gè)石英窗口供紫外線擦除之用。芯片其集成芯片上有一個(gè)石英窗口供紫外線擦除之用。芯片寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，必須用不透光膠紙將石英窗口密封，以免寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，必須用不透光膠紙將石英窗口密封，以免破壞芯片內(nèi)信息。破壞芯片內(nèi)信息。E2PROM 可以電擦除數(shù)據(jù)，并且能擦除與寫(xiě)入一次可以電擦除數(shù)據(jù)，并且能擦除與寫(xiě)入一次完成，性能更優(yōu)越。

15、完成，性能更優(yōu)越。 用一個(gè)特殊的浮柵用一個(gè)特殊的浮柵 MOS 管替代熔絲。構(gòu)成管替代熔絲。構(gòu)成EPROM和和EEPROM3 34m4mN+N+SiO2P型硅襯底型硅襯底SGD控制柵控制柵( (多晶硅多晶硅) )浮柵浮柵( (多晶硅多晶硅) )構(gòu)成EPROM存儲(chǔ)單元的疊層?xùn)臡OS管剖面示意圖SiO2PS1G1D1擦寫(xiě)柵擦寫(xiě)柵( (多晶硅多晶硅) )浮柵浮柵( (多晶硅多晶硅) ) 構(gòu)成EEPROM存儲(chǔ)單元的浮置柵型場(chǎng)效應(yīng)管示意圖 N+N+SiO2極薄層極薄層G1D1S10+21V( (a) ) 剖面示意圖( (b) ) 浮柵俘獲電子示意圖剛才介紹了剛才介紹了ROM中的存儲(chǔ)距陣，中的存儲(chǔ)距陣，下面

16、將學(xué)習(xí)下面將學(xué)習(xí)ROM中的地址譯碼器。中的地址譯碼器。( (二二) )地址譯碼器地址譯碼器二、二、 地址譯碼器地址譯碼器從從 ROM 中讀出哪個(gè)字由地址碼決定。地址中讀出哪個(gè)字由地址碼決定。地址譯碼器的作用是：根據(jù)輸入地址碼選中相應(yīng)的字譯碼器的作用是：根據(jù)輸入地址碼選中相應(yīng)的字線，使該字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。線，使該字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。 例如，某例如，某 ROM 有有 4 位地址碼，則可選擇位地址碼，則可選擇 24 = 16 個(gè)字。個(gè)字。 設(shè)輸入地址碼為設(shè)輸入地址碼為 1011，則字線，則字線 W11 被選中，該被選中，該 字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。字內(nèi)容通過(guò)位線輸出。存儲(chǔ)矩陣中存儲(chǔ)矩陣中存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)

17、單元的編址方式編址方式單譯碼編址方式單譯碼編址方式雙譯碼編址方式雙譯碼編址方式適用于小適用于小容量存儲(chǔ)器。容量存儲(chǔ)器。適用于大適用于大容量存儲(chǔ)器。容量存儲(chǔ)器。 又稱單譯碼編址方式或單地址尋址方式又稱單譯碼編址方式或單地址尋址方式D1D7地地址址譯譯碼碼器器0, 01, 031,031,10, 11, 1A0A1A431,70, 71, 7W0W1W31D0單地址譯碼方式單地址譯碼方式 32 8 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖1. 單地址譯碼方式單地址譯碼方式一個(gè)一個(gè) n 位地址碼的位地址碼的 ROM 有有 2n 個(gè)字，對(duì)應(yīng)個(gè)字，對(duì)應(yīng) 2n 根字線，根字線，選中字線選中字線 Wi 就選中了該字的所

18、有位。就選中了該字的所有位。 32 8 存儲(chǔ)矩陣排成存儲(chǔ)矩陣排成 32 行行 8 列，每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)字，每一列，每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)字，每一列對(duì)應(yīng)列對(duì)應(yīng) 32 個(gè)字的同一位。個(gè)字的同一位。32 個(gè)字需要個(gè)字需要 5 根地址輸入線。當(dāng)根地址輸入線。當(dāng) A4 A0 給出一個(gè)地址信號(hào)時(shí)，便可選中相應(yīng)字的所有存儲(chǔ)單元。給出一個(gè)地址信號(hào)時(shí)，便可選中相應(yīng)字的所有存儲(chǔ)單元。例如，當(dāng)例如，當(dāng) A4 A0 = 00010 時(shí)，選中字線時(shí)，選中字線 W2，可將，可將 (0，0) (0，7) 這這 8 個(gè)基本存儲(chǔ)單元的內(nèi)容同時(shí)讀出。個(gè)基本存儲(chǔ)單元的內(nèi)容同時(shí)讀出。 基本單元為基本單元為 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元A5A7行行地地址址

19、譯譯碼碼器器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4雙地址譯碼方式雙地址譯碼方式 256 字存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖字存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖A2列列地地址址譯譯碼碼器器A6Y1Y15Y0又稱雙譯碼編址方式或雙地址尋址方式又稱雙譯碼編址方式或雙地址尋址方式地址碼分成行地址碼和列地址碼兩組地址碼分成行地址碼和列地址碼兩組2. 雙地址譯碼方式雙地址譯碼方式基本單元基本單元為字單元為字單元例如例如 當(dāng)當(dāng) A7 A0 = 00011111 時(shí)，時(shí)，X15 和和 Y1 地址線均地址線均 為高電平，字為高電平，字W31 被選中，其存儲(chǔ)內(nèi)容被讀出。被選中，其存儲(chǔ)內(nèi)容被讀出。若采用單

20、地址譯碼方式，則需若采用單地址譯碼方式，則需 256 根內(nèi)部地址線。根內(nèi)部地址線。256 字存儲(chǔ)器需要字存儲(chǔ)器需要 8 根地址線，分為根地址線，分為 A7 A4 和和 A3 A0 兩兩組。組。A3 A0 送入行地址譯碼器，產(chǎn)生送入行地址譯碼器，產(chǎn)生 16 根行地址線根行地址線 ( Xi ) ； A7 A4 送入列地址譯碼器，產(chǎn)生送入列地址譯碼器，產(chǎn)生 16 根列地址線根列地址線 ( Yi ) 。存儲(chǔ)矩。存儲(chǔ)矩陣中的某個(gè)字能否被選中，由行、列地址線共同決定。陣中的某個(gè)字能否被選中，由行、列地址線共同決定。10.3.3 、集成、集成 EPROM 舉例舉例 27 系列系列 EPROM 是最常用的是最

21、常用的 EPROM，型，型號(hào)從號(hào)從 2716、2732、2764 一直到一直到 27C040。存儲(chǔ)容。存儲(chǔ)容量分別為量分別為 2K 8、4K 8一直到一直到 512K 8。下面。下面以以 Intel 2716 為例，介紹為例，介紹EPROM功能及使用方功能及使用方法。法。VCCIntel 2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413 A10 A0 為地址碼輸入端。為地址碼輸入端。D7 D0 為數(shù)據(jù)線，工作時(shí)為為數(shù)據(jù)線，工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出端，編程時(shí)為寫(xiě)入數(shù)據(jù)數(shù)

22、據(jù)輸出端，編程時(shí)為寫(xiě)入數(shù)據(jù)輸入端。輸入端。VCC 和和 GND：+5 V 工作電源工作電源和地。和地。VPP 為編程高電平輸入端。編程時(shí)加為編程高電平輸入端。編程時(shí)加 +25 V 電壓，工作時(shí)加電壓，工作時(shí)加 +5 V 電壓。電壓。一、一、Intel 2716Intel 2716的的引腳引腳圖及其功能圖及其功能 CS 有兩種功能：有兩種功能： ( (1) )工作時(shí)為片選使能端，低電工作時(shí)為片選使能端，低電 平有效。平有效。CS = 0 時(shí)，芯片被時(shí)，芯片被 選中，處于工作狀態(tài)。選中，處于工作狀態(tài)。 ( (2) )編程時(shí)為編程脈沖輸入端。編程時(shí)為編程脈沖輸入端。OE 為允許數(shù)據(jù)輸出端，低電為允許

23、數(shù)據(jù)輸出端，低電平有效。平有效。OE = 0 時(shí)，允許讀出數(shù)時(shí)，允許讀出數(shù)據(jù)；據(jù)；OE = 1 時(shí)，不能讀出數(shù)據(jù)。時(shí)，不能讀出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為 2 K 字字 二、二、由由 CS、OE 和和 VPP 的不同狀態(tài)，確定的不同狀態(tài)，確定 2716 的下列的下列 5 種工作方式種工作方式 1 1、讀方式：讀方式： 當(dāng)當(dāng) CS = 0、OE = 0，并有地址碼輸入時(shí)，并有地址碼輸入時(shí)， 從從 D7 D0 讀出讀出該地址單元的數(shù)據(jù)。該地址單元的數(shù)據(jù)。2 2、維持方式：當(dāng)維持方式：當(dāng) CS = 1 時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端 D7 D0 呈高阻呈高阻 隔離態(tài)隔離態(tài)，此時(shí)芯片處于維持狀態(tài)，電源電，

24、此時(shí)芯片處于維持狀態(tài)，電源電 流下降到維持電流流下降到維持電流 27 mA 以下。以下。 3 3、編程方式：編程方式：OE = 1，在，在 VPP 加入加入 25 V 編程電壓，在地址編程電壓，在地址 線上輸入單元地址，數(shù)據(jù)線上輸入要寫(xiě)入的線上輸入單元地址，數(shù)據(jù)線上輸入要寫(xiě)入的 數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)后，在 CS 端送入端送入 50 ms 寬的編程正脈寬的編程正脈 沖沖， 數(shù)據(jù)就被寫(xiě)入到由地址碼確定的存儲(chǔ)單數(shù)據(jù)就被寫(xiě)入到由地址碼確定的存儲(chǔ)單 元中。元中。4 4、編程禁止：編程禁止： 在編程方式下，如果在編程方式下，如果 CS 端不送入編程正脈端不送入編程正脈 沖，沖，而保持低電平，則芯片不能被編程，此

25、時(shí)為編而保持低電平，則芯片不能被編程，此時(shí)為編程禁止方式，數(shù)據(jù)端為高阻隔離態(tài)。程禁止方式，數(shù)據(jù)端為高阻隔離態(tài)。5 5、 編程檢驗(yàn)：編程檢驗(yàn)： 當(dāng)當(dāng) VPP = +25 V，CS 和和 OE 均為有效電平時(shí)，均為有效電平時(shí)， 送入地址碼，可以讀出相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的送入地址碼，可以讀出相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的 數(shù)據(jù)，以便檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)，以便檢驗(yàn)。由于由于 PROM 的地址譯碼器能譯出地址碼的的地址譯碼器能譯出地址碼的全部最小項(xiàng)，全部最小項(xiàng)， 而而PROM 的存儲(chǔ)矩陣構(gòu)成了可編的存儲(chǔ)矩陣構(gòu)成了可編程或門(mén)陣列，因此，通過(guò)編程可從程或門(mén)陣列，因此，通過(guò)編程可從 PROM 的位的位線輸出端得到任意標(biāo)準(zhǔn)與線輸出端得到任意

26、標(biāo)準(zhǔn)與 - - 或式。由于所有組或式。由于所有組合邏輯函數(shù)均可用標(biāo)準(zhǔn)與合邏輯函數(shù)均可用標(biāo)準(zhǔn)與 - - 或式表示，故理論或式表示，故理論上可用上可用 PROM 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)。 1. 為什么為什么用用 PROM 能實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)？能實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)？ 10.3.4 用用PROM 實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 為了便于用為了便于用 可編程可編程ROM 實(shí)現(xiàn)組合邏輯函實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)，首先需要理解數(shù)，首先需要理解 可編程可編程ROM 結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)法。法。2. PROM 結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)法結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)法AB與與門(mén)門(mén)和和或或門(mén)門(mén)的的習(xí)習(xí)慣慣畫(huà)畫(huà)法法CY&

27、ABCY1ABCY&ABCY1A1A0地址譯碼器地址譯碼器( (為與陣列為與陣列) )D3D2D1D0W3W2W1W0&A1 A0 = m3A1 A0 = m2A1 A0 = m1A1 A0 = m01存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣( (為或陣列為或陣列) )1&A1地址譯碼器地址譯碼器( (為與陣列為與陣列) )W3W2W1W0D3 = m3 + m2 + m0D3 = m2 + m1D3 = m3 + m0D3 = m3 + m2 &1&1A0 m3 m2 m1 m01111存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣( (為或陣列為或陣列) )PROM 結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)法結(jié)構(gòu)的習(xí)慣畫(huà)法3. 用

28、用 可編程可編程ROM 實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 例例 試用試用 可編程可編程ROM 實(shí)現(xiàn)下列邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)下列邏輯函數(shù) BCACABYCBCAY21解：解：( (1) ) 將函數(shù)化為標(biāo)準(zhǔn)與將函數(shù)化為標(biāo)準(zhǔn)與 - - 或式或式 )7 , 6 , 5 , 3()6 , 5 , 4 , 1(21mYmY( (2) ) 確定存儲(chǔ)單元內(nèi)容確定存儲(chǔ)單元內(nèi)容由函數(shù)由函數(shù) Y1、Y2 的標(biāo)準(zhǔn)與的標(biāo)準(zhǔn)與 - - 或式知：或式知： 與與 Y1 相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，字線相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，字線 W1、W4、W5、W6 對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元應(yīng)為對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元應(yīng)為 1；對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) m1、m4、m5、m6與與 Y2 相應(yīng)的存儲(chǔ)

29、單元中，字線相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，字線 W3、W5、W6、W7 對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元應(yīng)為對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元應(yīng)為 1。( (3) ) 畫(huà)出用畫(huà)出用 可編程可編程ROM 實(shí)現(xiàn)的邏輯圖實(shí)現(xiàn)的邏輯圖A11B1C1&1m0m1m2m3m4m5m6m7地地址址譯譯碼碼器器Y1Y210.4 快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器 快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)，簡(jiǎn)稱閃存。它具有，簡(jiǎn)稱閃存。它具有EPROM的的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程可靠的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有E2PROM的在電路中的在電路中電擦除特性，與電擦除特性，與E2PROM相比較，集成度有較大幅度的提高。相比較，集成度有較大幅度的提高。

30、快閃存儲(chǔ)器中的疊柵快閃存儲(chǔ)器中的疊柵MOS管和符號(hào)管和符號(hào) 快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元 快閃存儲(chǔ)器的兩種構(gòu)造形式快閃存儲(chǔ)器的兩種構(gòu)造形式 NAND閃存的應(yīng)用閃存的應(yīng)用主要集中在大容量閃存主要集中在大容量閃存盤(pán)盤(pán)(U盤(pán)盤(pán))的制造方面的制造方面 NOR閃存主要用來(lái)閃存主要用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼等必須直存儲(chǔ)程序代碼等必須直接按照實(shí)際物理地址訪接按照實(shí)際物理地址訪問(wèn)的信息，容量在問(wèn)的信息，容量在16MB以下以下 掌握掌握 RAM 的類型、結(jié)構(gòu)和工作原理的類型、結(jié)構(gòu)和工作原理 了解集成了解集成 RAM 的使用的使用掌握掌握RAM 和和 ROM 的異同的異同10.5 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

31、掌握掌握 RAM 的擴(kuò)展方法的擴(kuò)展方法10.5.1 RAM 的結(jié)構(gòu)、類型和工作原理的結(jié)構(gòu)、類型和工作原理 地地址址譯譯碼碼器器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣讀讀/ 寫(xiě)控制電路寫(xiě)控制電路2n m RAM 的結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)圖 A0A0An-1I/O0I/O1I/Om-1R/WCSRAM 與與 ROM 的比較的比較 相相同同處處 都含有地址譯碼器和存儲(chǔ)矩陣都含有地址譯碼器和存儲(chǔ)矩陣 尋址原理相同尋址原理相同 相相異異處處 ROM 的存儲(chǔ)矩陣是或陣列，的存儲(chǔ)矩陣是或陣列，是組合邏輯電路是組合邏輯電路。 ROM 工作時(shí)工作時(shí)只能讀出不能寫(xiě)入。掉電后數(shù)據(jù)只能讀出不能寫(xiě)入。掉電后數(shù)據(jù) 不會(huì)丟失不會(huì)丟失。 RAM 的存儲(chǔ)矩陣

32、由觸發(fā)器或動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元構(gòu)的存儲(chǔ)矩陣由觸發(fā)器或動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元構(gòu) 成，成， 是時(shí)序邏輯電路是時(shí)序邏輯電路。RAM 工作時(shí)工作時(shí)能讀出，能讀出， 也能寫(xiě)入也能寫(xiě)入。讀或?qū)懹勺x。讀或?qū)懹勺x / 寫(xiě)控制電路進(jìn)行控制。寫(xiě)控制電路進(jìn)行控制。 RAM 掉電后數(shù)據(jù)將丟失掉電后數(shù)據(jù)將丟失。RAM 分類分類靜態(tài)靜態(tài) RAM( (即即 Static RAM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 SRAM) )動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM( (即即 Dynamic RAM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 DRAM) )DRAM 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，價(jià)格便宜，廣泛地用于計(jì)算機(jī)中，但速度較價(jià)格便宜，廣泛地用于計(jì)算機(jī)中，但速度較慢，且需要慢，且需要

33、刷新刷新及讀出放大器等外圍電路。及讀出放大器等外圍電路。 DRAM 的存儲(chǔ)單元是利用的存儲(chǔ)單元是利用 MOS 管具有極高的輸入電阻，管具有極高的輸入電阻，在柵極電容上可暫存電荷的特點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)信息的。由于柵極電容在柵極電容上可暫存電荷的特點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)信息的。由于柵極電容存在漏電，因此工作時(shí)需要周期性地對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。存在漏電，因此工作時(shí)需要周期性地對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。SRAM 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)較復(fù)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，集成度較低，但速度快。雜，集成度較低，但速度快。 基本基本R- -S觸發(fā)器觸發(fā)器、MOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 六管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元VDDDDTjTj YjT1T3Q

34、QT5T2T4T6Xi位位 線線位位 線線當(dāng)?shù)刂反a使得當(dāng)?shù)刂反a使得Xi和和Yj均為高電平時(shí)，表示均為高電平時(shí)，表示選中該單元，即可以對(duì)選中該單元，即可以對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)操作。它進(jìn)行讀寫(xiě)操作。由于數(shù)據(jù)由觸發(fā)器由于數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，信記憶，只要不斷電，信息就可以永久保存。息就可以永久保存。采用采用CMOS管，所管，所以靜態(tài)功耗極小。以靜態(tài)功耗極小。 單管NMOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元xiTCSC0D位位線線由一個(gè)門(mén)控管由一個(gè)門(mén)控管T和一個(gè)存儲(chǔ)和一個(gè)存儲(chǔ)信息的電容信息的電容CS組成組成。由于分布電容由于分布電容 C0 CS，所以位線上的讀出電壓信號(hào)很小，所以位線上的讀出電壓信號(hào)很小，需用需用高靈敏度讀

35、出放大器高靈敏度讀出放大器進(jìn)行放進(jìn)行放大；且每次讀出后必須立即對(duì)該大；且每次讀出后必須立即對(duì)該單元進(jìn)行單元進(jìn)行刷新刷新，以保留原存信息。，以保留原存信息。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)比靜態(tài)存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)單，可達(dá)到更高的集動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)比靜態(tài)存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)單，可達(dá)到更高的集成度；但成度；但DRAM不如不如SRAM使用方便，且存取時(shí)間較長(zhǎng)。使用方便，且存取時(shí)間較長(zhǎng)。、MOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元?jiǎng)討B(tài)存儲(chǔ)單元10.5.2 集成集成 RAM 舉例舉例 A0 A9 為地址碼輸入端。為地址碼輸入端。4 個(gè)個(gè) I/O 腳為雙向數(shù)據(jù)線，用腳為雙向數(shù)據(jù)線，用于讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。于讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。VDD 接接 +5 V。R/W 為讀為讀/

36、寫(xiě)控制端。當(dāng)寫(xiě)控制端。當(dāng) R/W = 1 時(shí)，從時(shí)，從 I/O 線讀出數(shù)據(jù)；線讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)當(dāng) R/W = 0 時(shí)，將從時(shí)，將從 I/O 線輸入線輸入的數(shù)據(jù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)寫(xiě)入RAM。VDDIntel 2114A7A8A9I/OI/OI/OI/OR/WA6A5A4A3A0A1A2CSGND1234567891817161514131211101 K 4 位位 SRAM Intel 2114 引腳圖引腳圖信號(hào)與信號(hào)與 TTL 電平兼容。電平兼容。CS 為片選控制端，低電平有為片選控制端，低電平有效。效。CS = 1 時(shí)，讀時(shí)，讀/寫(xiě)控制電路處寫(xiě)控制電路處于禁止?fàn)顟B(tài)，不能對(duì)芯片進(jìn)行讀于禁止?fàn)顟B(tài)，不能對(duì)芯片

37、進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。當(dāng)寫(xiě)操作。當(dāng) CS = 0 時(shí)，允許芯片時(shí)，允許芯片讀讀/寫(xiě)操作。寫(xiě)操作。存儲(chǔ)矩陣有存儲(chǔ)矩陣有 1 K 個(gè)字，每個(gè)字個(gè)字，每個(gè)字 4 位。位。1K = 1024 = 210，故需，故需 10 根地址輸入線。根地址輸入線。 RAM的位擴(kuò)展10.5.3 RAM 的擴(kuò)展的擴(kuò)展 5V、位擴(kuò)位擴(kuò)展展D15D9D8D7D1D011R/WCS1A0A12適用于字?jǐn)?shù)夠用，但每字的位數(shù)（字長(zhǎng)）不夠的情況。適用于字?jǐn)?shù)夠用，但每字的位數(shù)（字長(zhǎng)）不夠的情況。如：如： 8K8K8 8K8 8K1616I/O7I/O1I/O0VDDOEGNDR/WA12A0CS1CS2I/O7I/O1I/O0VDDOEG

38、NDR/WA12A0CS1CS26264 6264 一一片片存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量總總存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量 NR/W、字?jǐn)U展字?jǐn)U展適用于位數(shù)（字長(zhǎng)）夠用，但字?jǐn)?shù)不夠的情況。適用于位數(shù)（字長(zhǎng)）夠用，但字?jǐn)?shù)不夠的情況。如：如： 8K8K8 32K8 32K8 81111Y0Y1Y2Y3D0D7A0A12A13A14A1A012T4139SR410k45VD1D24.5V鋰電池鋰電池增加地址線。增加地址線。I/O7I/O0VDDOEGNDR/W A12A0CS1CS26264I/O7I/O0VDDOEGNDR/W A12A0CS1CS26264I/O7I/O0VDDOEGNDR/W A12A0CS1CS262

39、64I/O7I/O0VDDOEGNDR/W A12A0CS1CS26264 RAM的字?jǐn)U展斷電保護(hù)斷電保護(hù)3 3、字位同時(shí)擴(kuò)展字位同時(shí)擴(kuò)展 當(dāng)存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)和字?jǐn)?shù)都不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求時(shí)，則當(dāng)存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)和字?jǐn)?shù)都不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求時(shí)，則需要對(duì)存儲(chǔ)器的字和位同時(shí)擴(kuò)展。需要對(duì)存儲(chǔ)器的字和位同時(shí)擴(kuò)展。 RAM的位、字同時(shí)擴(kuò)展的位、字同時(shí)擴(kuò)展3. 位、字同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展：位、字同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展： 根據(jù)字和位擴(kuò)展的原理，將兩種方法結(jié)合便可實(shí)根據(jù)字和位擴(kuò)展的原理，將兩種方法結(jié)合便可實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)，一般是先進(jìn)行位擴(kuò)展，然后進(jìn)行字?jǐn)U展一般是先進(jìn)行位擴(kuò)展，然后進(jìn)行字?jǐn)U展。位擴(kuò)展位擴(kuò)展方法如下：方法如下： 1）把若干片位數(shù)

40、相同的）把若干片位數(shù)相同的RAM芯片地址線共用。芯片地址線共用。 2） 線共用。線共用。 3）每個(gè)）每個(gè)RAM片的片的I/O端并行輸出。端并行輸出。字?jǐn)U展字?jǐn)U展方法如下：方法如下： 1）將）將RAM地址共用，地址共用，I/O端共用。端共用。 2） 線共用。線共用。 3）根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)牡刂肪€去控制）根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)牡刂肪€去控制CSWR,/WR/CS一一片片存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量總總存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量 N一一片片存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量總總存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量 N半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)儲(chǔ)單元可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù) 。根據(jù)存取功能。根據(jù)存取功能的不同，的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器( (ROM) )、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器( (RAM) )和和順序存取順序存取存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（SAM），），ROM和和RAM的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)不同。ROM 屬于大規(guī)模組合邏輯電路，屬于大規(guī)模組合邏輯電路，RAM 屬于大規(guī)模時(shí)序邏輯電路屬于