數(shù)字電子技術(shù)第7章 半導(dǎo)體存儲器

1、山東輕工業(yè)學(xué)院7-2 只讀存儲器ROM7-3 隨機存儲器RAM實例練習(xí)7-4 存儲器容量的擴展 7- 5 用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)補充：可編程邏輯陣列PLA基本概念數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件第七章 半導(dǎo)體存儲器7-1 概述數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院7.1 概述一、存儲器定義；二、存儲器兩個重要性能指標(biāo)；三、分類及特點；四、存儲器與寄存器比較一、定義：半導(dǎo)體存儲器是一種能存儲大量二進(jìn)制信息（或二進(jìn)制數(shù)據(jù)）的半導(dǎo)體器件。在計算機及其它數(shù)字系統(tǒng)中，正是利用存儲器來存儲大量的數(shù)據(jù)、信息、程序等。二、存儲器容量及存取速度:存儲器中存儲單元的數(shù)量稱為存儲器存儲容量。向存儲器中存入及從存儲器中取出數(shù)據(jù)

2、的速度稱為存取速度。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院三、分類及特點：(一) 分類1、只讀存儲器ROM：正常工作狀態(tài)下只能讀取數(shù)據(jù)，不能修改或重新寫入數(shù)據(jù)。2、隨機存儲器RAM：正常工作狀態(tài)下，可以隨時向存儲器里寫入數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)。(二)特點:1、ROM 的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，而且在斷電后數(shù)據(jù)不會丟失；缺點是只適用于存儲那些固定數(shù)據(jù)的場合。2、 RAM的優(yōu)點是正常工作狀態(tài)下就可以隨時向存儲器里寫入數(shù)據(jù)或從中讀取數(shù)據(jù)；缺點是一旦斷電，數(shù)據(jù)會丟失。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院四、存儲器與寄存器的不同因為半導(dǎo)體存儲器的存儲單元數(shù)目極其龐大而器件的引腳數(shù)目有限，所以在電路結(jié)構(gòu)上就不可能象

3、寄存器那樣把每個存儲單元的輸入和輸出直接引出。為了解決這個矛盾，在存儲器中給每個存儲單元編了一個地址，只有被輸入地址代碼指定的那些存儲單元才能與公共的輸入/輸出引腳接通，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭?。山東輕工業(yè)學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件7-2 只讀存儲器ROM一、ROM的分類及特點;二、ROM的組成框圖及各部分作用;三、有關(guān)概念;四、ROM電路介紹一、ROM的分類及特點：1、掩模ROM：存儲器里的數(shù)據(jù)在制作時已經(jīng)確定，無法更改。2、可編程ROM（PROM）：設(shè)計人員按照自己的設(shè)想將所需內(nèi)容自行寫入PROM而得到所要求的ROM。但PROM的內(nèi)容一經(jīng)寫入就不能修改了，所以只能寫入一次。3、可擦除可編程的R

4、OM（EPROM）：存儲的數(shù)據(jù)可以擦除重寫。用紫外線照射擦除：EPROM或 UVE-PROM;用電信號擦除：E2PROM，快閃存儲器（Flash-Memory)。為什么E2PROM和Flash-Memory歸于只讀存儲器？山東輕工業(yè)學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件二、ROM的組成框圖及各部分作用n條地址線2n個輸出字線位線提高帶負(fù)載能力；實現(xiàn)對輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線聯(lián)接。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院三、有關(guān)概念 ROM存儲容量：存儲單元的個數(shù)，用M字N位表示； 字?jǐn)?shù)（字節(jié)數(shù)）M：地址譯碼器的輸出端數(shù)。若地址輸入端數(shù)（地址碼）為n條，則M=2 n； 位數(shù)（字長）N：數(shù)據(jù)輸出端數(shù)，

5、即每次讀出數(shù)據(jù)的個數(shù)。例：一ROM，有11位地址（或有11條地址線），8位數(shù)據(jù)輸出端，則該ROM的存儲容量為 2118數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院四、ROM電路介紹1、掩模ROM：存儲的數(shù)據(jù)由制作過程中使用的掩模板決定 。地址A1A0數(shù) 據(jù)D3D2D1D0001101010101101101011100例：一存儲容量為224的ROM，存儲的數(shù)據(jù)如表示：四條字線（譯碼器輸出）由與門實現(xiàn)，稱為與陣。四條位線（由或門實現(xiàn)）稱為或陣 W 0 A1A0W 1 A1A0W 2 A1A0W 3 A1A0d0 W0 W1， d 1 W1 W3d2 W0 W2 W3， d 3 W1 W3數(shù)字電子技術(shù)多媒

6、體課件山東輕工業(yè)學(xué)院由二極管門電路實現(xiàn)的ROM電路圖為字線和位線的每一個交叉點都是一個存儲單元，交點處接有二極管時相當(dāng)于存1，否則存0選中W0，取出0101或陣與陣字線選中W1，取出1011選中W2，取出0100選中W3，取出1110位線山東輕工業(yè)學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件2、 PROM電路介紹特點：出廠時在存儲矩陣的所有交叉點上全部存入1，在寫入數(shù)據(jù)時，設(shè)法將需要存入0的那些存儲單元改存為0即可，一經(jīng)寫入，不能修改。寫入數(shù)據(jù)時，設(shè)法將需要存入0的存儲單元上的熔絲燒斷即可數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院7-3 隨機存儲器RAMRAM的定義：隨機存儲器也叫隨機讀/寫存儲器，在RAM工作時可以

7、隨時從任何一個指定地址讀出數(shù)據(jù)，也可以隨時將數(shù)據(jù)寫入任何一個指定的存儲單元。它的最大優(yōu)點是讀寫方便，使用靈活。它的缺點是一旦停電，所存數(shù)據(jù)隨之丟失。一、分類及特點；二、結(jié)構(gòu)框圖；三、有關(guān)概念。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件一、RAM的分類及特點山東輕工業(yè)學(xué)院SR鎖存器1、 靜態(tài)RAM（SRAM）：SRAM的存儲單元是在靜態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加門控管而構(gòu)成的，因此，它是靠觸發(fā)器的自保功能存儲數(shù)據(jù)的，即數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，數(shù)據(jù)就能永久保存。2、動態(tài)RAM（DRAM）：DRAM的存儲單元是是利用MOS管柵極電容可以存儲電荷的原理制成的，即依靠電容存儲電荷來存儲數(shù)據(jù),由于電容電荷會泄漏，故需要定時給柵

8、極電容補充電荷，即刷新。SRAM與DRAM相比，存儲單元所用元件數(shù)目多，功耗大，集成度低，但使用方便，在存儲容量不是很大的情況下，多采用SRAM。山東輕工業(yè)學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件二、SRAM結(jié)構(gòu)框圖字線地址線位線字線地址線返回數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院三、有關(guān)概念 存儲容量：存儲矩陣所包含的存儲單元的數(shù)目MN 字?jǐn)?shù)M：即地址譯碼器的輸出端數(shù)，也稱字節(jié)數(shù)； 位數(shù)N：即輸入/輸出端數(shù)（數(shù)據(jù)端數(shù)），也稱字長，指每次讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)的位數(shù)。例：N=1，對應(yīng)每條字線可讀出或?qū)懭胍晃欢M(jìn)制數(shù)，這種RAM稱為位結(jié)構(gòu)型；N4，對應(yīng)每條字線可讀出或?qū)懭氪笥诨虻扔谒奈坏亩M(jìn)制數(shù)，這種RAM稱為字結(jié)構(gòu)型

9、。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院實例練習(xí) 將一個包含有32768個基本存儲單元的存儲電路設(shè)計成4096個字節(jié)的RAM，則 該RAM有幾根數(shù)據(jù)線？ 該RAM有幾根地址線？ 有一個容量為2564的RAM， 該RAM有多少個基本存儲單元？地址線10，輸出線8，片選線1，讀控制線1，寫控制線1(或讀寫控制線為一條) 該RAM每次訪問幾個存儲單元？ 該RAM有多少根地址線？ 某一SRAM芯片,其容量為10248位,除電源和接地外,該芯片引腳的最小數(shù)目是多少? （21或20） 若存儲器芯片的容量為128K8位,求:(1)訪問該芯片需要多少位地址? （17）(2) 假定該芯片在存儲器中的首地址為A00

10、00H,末地址應(yīng)為多少? （BFFFFH）回顧結(jié)構(gòu)數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院小結(jié)1、存儲器的定義、類型及特點、重要性能指標(biāo)；2、只讀存儲器ROM分類及特點、相關(guān)重要概念；3、隨機存儲器RAM分類及特點、相關(guān)重要概念。課堂： 7.1，7.2數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院7.4 存儲器容量的擴展一、位擴展：如果一片ROM或RAM中的字?jǐn)?shù)夠用而位數(shù)不夠用時，需進(jìn)行位擴展。擴展方法：將幾片ROM或RAM的地址線、讀/寫線和片選線分別并接后，擴展后的位數(shù)即為各片位數(shù)的和。例：用8 ? 片10241位的RAM接成一個1024 8位RAM 。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院？片數(shù)據(jù)線：

11、I O0 I O7地址線：A0 A7讀/寫信號： R W片選信號：CS數(shù)據(jù)線： I O0 I O7地址線： A0 A7, A8, A9讀/寫信號： R W 二、字?jǐn)U展：當(dāng)每片RAM、ROM位數(shù)夠用而字?jǐn)?shù)不夠時，需進(jìn)行字?jǐn)U展。例：用四片 256 8位1024 8位 RAMI O0.I O71024 x 8RAMA0.A7, A8, A9 R W 1 1 1 1 1 0數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院0 0 0 1 10 1 1 0 11 0 1 1 0111A9 A8CS1 CS2 CS3 CS4 768 1023512 767256 5110 25511 A7 A010 A7 A0,四片的

12、地址分配就是：00 A7 A0, 01A7 A0,每一片提供256個字，需要256個地址(A07 :0 011)用A9, A8兩位代碼區(qū)分四片即將A9A8譯成Y0 Y3,分別接四片的 CS數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院擴展后的電路如圖所示三、字位擴展：當(dāng)字?jǐn)?shù)和位數(shù)都不夠用時，需先進(jìn)行位擴展，后進(jìn)行字?jǐn)U展。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院7-5 用ROM、PLA實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)一、用ROM實現(xiàn)組合邏輯函數(shù):思路: ROM的地址輸入端作為要實現(xiàn)邏輯函數(shù)的變量輸入端；數(shù)據(jù)端作為要實現(xiàn)邏輯函數(shù)的輸出端；地址譯碼器（即與陣）獲得最小項，或陣獲得最小項之和。二、用PLA實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)：思路：與

13、陣和或陣均可編程，獲得最簡的陣列（即使兩個陣的存儲單元數(shù)目均為最少）數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院一、用ROM實現(xiàn)組合邏輯函數(shù):用ROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)一般按以下步驟進(jìn)行：(1)根據(jù)邏輯函數(shù)的輸入、輸出變量數(shù)，確定ROM容(2) 寫出邏輯函數(shù)的最小項表達(dá)式，畫出ROM陣列圖。量，選擇合適的ROM。(3) 根據(jù)陣列圖對ROM進(jìn)行編程。（與陣即地址譯碼器實現(xiàn)最小項，或陣實現(xiàn)最小項相加。）Y3 ABCD ABCD Y4 A B CD ABCD數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件例7.5.2 用ROM產(chǎn)生：Y1 ABC ABCY2 ABCD BCD ABCD m(2,3,6,7) m(6,7,10,14) m(4

14、,14) m(2,15)Y1Y2Y3Y4168=128或陣列容量為：164=64 （存儲容量）山東輕工業(yè)學(xué)院陣列總?cè)萘繛椋?2864=192與陣列容量為：ROM數(shù)據(jù)表見課本P380頁討論：P382思考題數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院實際實現(xiàn)過程: 若用掩模ROM,將數(shù)據(jù)表交廠方做出掩模板,實現(xiàn)所需ROM; 用EPROM或E2PROM: 擦除,編程,檢驗,完成例:用EPROM實現(xiàn)上述例題用紫外線照射芯片石英窗口(時間各不相同,2716需15-20分鐘),存儲單元全變?yōu)?; 編程:在編程狀態(tài)，按ROM數(shù)據(jù)表,從首地址開始,將所需數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)端依次輸入; 編程檢驗:在讀出狀態(tài),按地址順序依次讀出

15、,檢驗所輸內(nèi)容是否正確;若有誤,重新輸入;若無誤,完成。數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院二、可編程邏輯陣列(PLA)可編程邏輯陣列（PLA）包含一個與陣列和一個或陣列，二者都是可編程的。用PLA實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的步驟：首先將邏輯函數(shù)化簡為最簡與或式，用與陣實現(xiàn)化簡后邏輯函數(shù)表達(dá)式中的各乘積項，用或陣實現(xiàn)乘積項的相或。例1：用PLA 實現(xiàn)下面的多輸出函數(shù)Y 1 ABC ABC ABC ABCY2 AB ACBC數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院解：Y 1 ABC ABC ABC ABC ABCBC ACY2 AB ACBC乘積項有:P0 ABC，P 1=BC，P2=AC，P3=AB，P4=AC，P5=BCY 1 P0 P1 P2Y2 P3 P4 P5與陣列容量為：66=36或陣列容量為：26=12陣列總?cè)萘繛椋?612=48AABBCCP 0 P 1 P 2 P 3 P 4P 5Y 1Y2數(shù)字電子技術(shù)多媒體課件山東輕工業(yè)學(xué)院例：試用PLA產(chǎn)生如下的一組多輸出函數(shù) ：Y1 ABC ABCY2 ABCD BCD ABCDY3 ABCD ABCDY4 ABCD ABCD解： Y 1 AC(B B) ACY2 (AB B)CD ABCD ACDBCD ABCDACD BCD ABC ACD ABCY3 ABCD ABCDY4 ABCD ABCD山東輕工業(yè)