存儲器和可編程邏輯器件

1、6.1 存儲器概述6.2 只讀存儲器ROM6.3 隨機存取存儲器RAM6.4 可編程邏輯器件 存儲器的主要性能指標存儲器的主要性能指標存儲器的分類及各類存儲器特點存儲器的分類及各類存儲器特點半導體存儲器的功能半導體存儲器的功能半導體存儲器的使用方法半導體存儲器的使用方法可編程邏輯器件的類型和編程方式可編程邏輯器件的類型和編程方式 可編程邏輯器件的工作原理可編程邏輯器件的工作原理6.1 存儲器概述存儲器概述 存儲器是計算機硬件系統(tǒng)的重要組成部分，有了存儲器，計算機才具有“記憶”功能，才能把程序及數(shù)據(jù)的代碼保存起來，才能使計算機系統(tǒng)脫離人的干預(yù)，而自動完成信息處理的功能。 存儲器容量是存儲器系統(tǒng)的

2、首要性能指標，因為存儲容量越大，則系統(tǒng)能夠保存的信息量就越多，相應(yīng)計算機系統(tǒng)的功能就越強；存儲器的存取速度直接決定了整個微機系統(tǒng)的運行速度，因此，存取速度也是存儲器系統(tǒng)的重要的性能指標；存儲器的成本也是存儲器系統(tǒng)的重要性能指標。顯然，計算機對存儲器的要求是容量大、速度快、成本低。 目前在計算機系統(tǒng)中，通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用主存儲器、高速緩沖存儲器和外存儲器。6.1. 1 存儲器的定義存儲器的定義 能夠用來存儲大量的二值信息（或二值數(shù)據(jù)）的半導體器件，稱為存儲器。6.1.2. 存儲器的分類存儲器的分類 存儲器按存取方式的不同可分為隨機存取存儲器、只讀存儲器兩種形式。 隨機存儲器RAM

3、又稱讀寫存儲器，是能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進行讀/寫操作的一類存儲器。 只讀存儲器ROM在計算機系統(tǒng)的在線運行過程中，是只能對其進行讀操作，而不能進行寫操作的一類存儲器。ROM通常用來存放固定不變的程序、漢字字型庫、字符及圖形符號等。 6.1.3 存儲器的主要性能指標存儲器的主要性能指標 存儲器中可容納的二進制信息量稱為它的存儲容量。二進制數(shù)的最基本單位是“”，是存儲器存儲信息的最小單位，8位二進制數(shù)稱為一個“”，存儲容量的大小通常都是用字節(jié)來表示的。由于存儲器容量一般都很大，因此字節(jié)的常用單位還有KB、MB和GB。其中1KB=1024字節(jié)，1MB=1024KB，1GB=102

4、4MB。存儲器容量越大，存儲的信息量也越大，計算機運行的速度也就越快。內(nèi)存的最大容量是由系統(tǒng)地址總線決定的，內(nèi)存的大小反映了實際裝機容量。例如一個Pentium4計算機，其地址總線為36位，決定了內(nèi)存允許的最大容量為236=64GB。 計算機技術(shù)發(fā)展很快，目前內(nèi)存的實際裝機容量通常只有256MB或512MB，剩余容量可為今后的發(fā)展留有余地。 （1）存儲容量 計算機內(nèi)存的存取速度取決于內(nèi)存的具體結(jié)構(gòu)及工作機制。存取速度通常用存儲器的存取時間或存取周期來描述。所謂存取時間，就是指啟動一次存儲器從操作到完成操作所需要的時間；存取周期是指兩次存儲器訪問所需的最小時間間隔。存取速度是存儲器的一項重要參數(shù)

5、。一般情況下，存取速度越快，計算機運行的速度才能越快。 （2）存取速度 實際應(yīng)用中，在一個存儲器中要求同時兼顧存儲容量、存取速度和制造成本是有一定困難的。為解決這方面的矛盾，目前在計算機數(shù)字系統(tǒng)中，通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用主存儲器、高速緩沖存儲器和外存儲器。這三者構(gòu)成一個統(tǒng)一的存儲系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔存的容量，而其成本則接近廉價慢速的輔存平均價格。 一種新款電腦的硬一種新款電腦的硬盤存儲容量是盤存儲容量是20GB，它相當于，它相當于多少千字節(jié)？多少千字節(jié)？ 目前使用的半導體存目前使用的半導體存儲器，按其存儲信息儲器，按其存儲信息的功能通常分為哪幾的功

6、能通常分為哪幾類？各有何特點？類？各有何特點？ 何謂存儲器的存儲何謂存儲器的存儲容量？存儲容量的大容量？存儲容量的大小通常用什么來表示？小通常用什么來表示？ 存儲器的存取存儲器的存取速度是如何定速度是如何定義的？義的？ 只讀存儲器ROM的結(jié)構(gòu)方框圖與RAM相似。ROM將RAM的讀寫電路改為輸出電路；ROM的存儲單元由一些二極管、MOS管及熔絲構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比較簡單。 6.2.1 ROM的結(jié)構(gòu)與功能 只讀存儲器在工作時只能進行讀出操作，結(jié)構(gòu)原理如下：地址譯碼n2nmm數(shù)據(jù)I/O地址碼輸出電路 只讀存儲器ROM的特點是：存儲單元簡單，集成度高，且掉電時數(shù)據(jù)不會丟失。6.2 只讀存儲器只讀存儲器 1、

7、ROM的結(jié)構(gòu)組成 A0An1為地址輸入線，共n根，其代碼是按二進制數(shù)進行編碼，稱為地址碼。通過地址譯碼器譯出相應(yīng)地址碼的字線為W0Wm-1共計m根，字線的下標對應(yīng)地址譯碼器輸出的十進制數(shù)，字線與地址碼的關(guān)系是m=2n。位線上的數(shù)據(jù)輸出是被選中存儲單元的數(shù)據(jù)。 2、各部分的功能地址譯碼器：地址譯碼器： 其功能是根據(jù)輸入的地址代碼，從n條地址線中選擇一條字線，以確定與該字線地址相對應(yīng)的一組存儲單元的位置。選擇哪一條字線，取決于輸入的是哪一個地址代碼。任何時刻，只能有一條字線被選中。于是，被選中的那條字線所對應(yīng)的一組存儲單元中的各位數(shù)碼，經(jīng)位線傳送到數(shù)據(jù)線上輸出。n條地址輸入線可得到N=2n個可能的

8、地址。存儲矩陣：存儲矩陣： 存儲矩陣是存儲矩陣是ROM的核心部件和主體，內(nèi)部含有大量的存儲單元的核心部件和主體，內(nèi)部含有大量的存儲單元電路。存儲矩陣中的數(shù)據(jù)和指令都是用一定位數(shù)的二進制數(shù)表示電路。存儲矩陣中的數(shù)據(jù)和指令都是用一定位數(shù)的二進制數(shù)表示的。存儲器中存儲的。存儲器中存儲1位二值代碼（位二值代碼（0或或1）的點稱為存儲單元，存儲）的點稱為存儲單元，存儲器中總存儲單元數(shù)即為器中總存儲單元數(shù)即為ROM的存儲容量。的存儲容量。 例如圖所示例如圖所示ROM中，假設(shè)通過地址譯碼器輸出的字線數(shù)中，假設(shè)通過地址譯碼器輸出的字線數(shù)2n2101024根，因為位線根，因為位線8，所以，總存儲容量應(yīng)是，所以，

9、總存儲容量應(yīng)是102488192個存儲單元，簡稱個存儲單元，簡稱8KB。讀寫控制電路：讀寫控制電路： 讀/寫控制電路也稱為輸出緩沖器，它是為了增加ROM的帶負載能力，同時提供三態(tài)控制，將被選中的M位數(shù)據(jù)輸出至位上，以便和系統(tǒng)的總線相連。 6.2.2 ROM的工作原理只讀存儲器ROM存入數(shù)據(jù)的過程稱為“”。根據(jù)編程方式的不同，可分為內(nèi)容固定的ROM，一次性編程的PROM、可多次編程的EPROM和電改寫的E2PROM。早期制造的PROM可編程邏輯器件的存儲單元利用其內(nèi)部熔絲是否被燒斷來寫入數(shù)據(jù)的，因此只能寫入一次，使其應(yīng)用受到很大限制。字線位線寫“ ”：燒斷熔絲寫“ ”：不燒斷熔絲一次性編程字線位

10、線出廠時全部寫“ ”寫“ ”：二極管永久擊穿 圖中存儲矩陣有圖中存儲矩陣有4條字線條字線W0W3和和4條位線條位線D0D3，共有，共有16個交叉點，每個個交叉點，每個交叉點都可看作是一個存交叉點都可看作是一個存儲單元。交叉點處接有二儲單元。交叉點處接有二極管時相當于存入極管時相當于存入“1”，沒有接二極管時相當于存沒有接二極管時相當于存入入“0”。例如，字線。例如，字線W0與與位線有四個交叉點，其中位線有四個交叉點，其中只有兩處接有二極管。當只有兩處接有二極管。當W0為高電平、其余字線為為高電平、其余字線為低電平時，使位線低電平時，使位線D0和和D2為為“1”，這相當于交叉點，這相當于交叉點處

11、的存儲單元存入了處的存儲單元存入了“1”，另外兩個交叉點由于沒，另外兩個交叉點由于沒有接二極管，位線有接二極管，位線D1和和D3為為“0”，相當于交叉點處，相當于交叉點處的存儲單元存入了的存儲單元存入了“0”。 圖中存儲矩陣有圖中存儲矩陣有4條字線條字線W0W3和和4條位線條位線D0D3，共有，共有16個交叉點，每個個交叉點，每個交叉點都可看作是一個存交叉點都可看作是一個存儲單元。交叉點處接有二儲單元。交叉點處接有二極管時相當于存入極管時相當于存入“1”，沒有接二極管時相當于存沒有接二極管時相當于存入入“0”。例如，字線。例如，字線W0與與位線有四個交叉點，其中位線有四個交叉點，其中只有兩處接

12、有二極管。當只有兩處接有二極管。當W0為高電平、其余字線為為高電平、其余字線為低電平時，使位線低電平時，使位線D0和和D2為為“1”，這相當于交叉點，這相當于交叉點處的存儲單元存入了處的存儲單元存入了“1”，另外兩個交叉點由于沒，另外兩個交叉點由于沒有接二極管，位線有接二極管，位線D1和和D3為為“0”，相當于交叉點處，相當于交叉點處的存儲單元存入了的存儲單元存入了“0”。 ROM中存儲的信息究竟中存儲的信息究竟是是“1”還是還是“0”，通常在，通常在設(shè)計和制造時根據(jù)需要已設(shè)計和制造時根據(jù)需要已經(jīng)確定和寫入了，而且當經(jīng)確定和寫入了，而且當信息一旦存入后就不能改信息一旦存入后就不能改變，即使斷開

13、電源，所存變，即使斷開電源，所存信息也不會丟失。信息也不會丟失。 圖示電路中，輸入地址圖示電路中，輸入地址碼是碼是A1A0，輸出數(shù)據(jù)是，輸出數(shù)據(jù)是D3D2D1D0。輸出緩沖器用。輸出緩沖器用的是三態(tài)門，三態(tài)門有兩的是三態(tài)門，三態(tài)門有兩個作用，一是提高帶負載個作用，一是提高帶負載能力；二是實現(xiàn)對輸出端能力；二是實現(xiàn)對輸出端狀態(tài)的控制，以便和系統(tǒng)狀態(tài)的控制，以便和系統(tǒng)總線的連接?？偩€的連接。 圖中地址譯碼器中的圖中地址譯碼器中的“與與”門陣列的輸出表達門陣列的輸出表達式如下：式如下： W0A1A0 W1A1A0 W2A1A0 W3A1A0 存儲矩陣是一個存儲矩陣是一個“或或”門陣列，每一列可看作一

14、門陣列，每一列可看作一個二極管個二極管“或或”門電路，門電路，“或或”門輸出表達式為：門輸出表達式為： D0W0W2 D1W1W2W3 D2W0W2W3 D3W1W3 ROM輸出信號真值表輸出信號真值表A1A0D3D2D1D0001110010111101010110101 從存儲器角度看，從存儲器角度看，A1、A0是地址碼，是地址碼，D3D2D1D0是數(shù)據(jù)。是數(shù)據(jù)。 地址編號地址編號00中存放的數(shù)據(jù)是中存放的數(shù)據(jù)是1110；地址編號；地址編號01中存放的數(shù)據(jù)是中存放的數(shù)據(jù)是0111；地址；地址編號編號10中存放的是中存放的是1010；地址編號；地址編號11中存放的是中存放的是0101。 從函

15、數(shù)發(fā)生器角度看，從函數(shù)發(fā)生器角度看，A1A0是兩個輸入變量，是兩個輸入變量，D3D2D1D0是是4個輸出函數(shù)。個輸出函數(shù)。 當變量當變量A1A0取值為取值為00時，函數(shù)時，函數(shù)D3D2D1D01110；當變量；當變量A1A0取值取值01時，時，函數(shù)函數(shù)D3D2D1D00111；當變量；當變量。 從譯碼編碼角度看，從譯碼編碼角度看，“與與”門陣列先對輸入的二進制代碼門陣列先對輸入的二進制代碼A1A0進行譯碼，進行譯碼，得到得到4個輸出信號個輸出信號W0、W1、W2、W3，再由，再由“或或”門陣列對門陣列對W0W34個信號個信號進行編碼，得到相應(yīng)地址編號存入存儲單元中。其中進行編碼，得到相應(yīng)地址編

16、號存入存儲單元中。其中W0的編碼是的編碼是0101；W1的編碼是的編碼是1010；W2的編碼是的編碼是0111；W3的編碼是的編碼是1110。 簡化的ROM矩陣陣列圖 前面所講電路用簡化符號表示后為： 6.2.3 ROM的分類 1、掩膜只讀存儲器 在采用掩模工藝制作在采用掩模工藝制作ROM時，其存儲數(shù)據(jù)是由制作過程中使時，其存儲數(shù)據(jù)是由制作過程中使用的掩模板決定的，存入數(shù)據(jù)的過程稱為用的掩模板決定的，存入數(shù)據(jù)的過程稱為“編程編程”。掩膜編程。掩膜編程是由生產(chǎn)廠家采用掩模工藝專門為用戶制作出的一種固定是由生產(chǎn)廠家采用掩模工藝專門為用戶制作出的一種固定ROM，因此在出廠時內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)就已經(jīng)因此在

17、出廠時內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)就已經(jīng)“固化固化”在存儲器中，用在存儲器中，用戶無法改變所存儲的數(shù)據(jù)。戶無法改變所存儲的數(shù)據(jù)。 掩模固定存儲器掩模固定存儲器ROM的電路結(jié)構(gòu)很簡單，且性能可靠，所以的電路結(jié)構(gòu)很簡單，且性能可靠，所以集成度可以做得很高，由于成本較低，一般都是批量生產(chǎn)。但集成度可以做得很高，由于成本較低，一般都是批量生產(chǎn)。但是，掩模的是，掩模的ROM由于使用時只能讀出，不能寫入，所以只能存由于使用時只能讀出，不能寫入，所以只能存放固定數(shù)據(jù)、固定程序或函數(shù)表等。放固定數(shù)據(jù)、固定程序或函數(shù)表等。 2、現(xiàn)場編程、現(xiàn)場編程PROM 在開發(fā)數(shù)字電路新產(chǎn)品的過程中，設(shè)計人員往往需要按照自己的構(gòu)思迅速得到存

18、有所需內(nèi)容的ROM，這時就可通過現(xiàn)場編程得到要求的ROM，這種現(xiàn)場編程的ROM被稱為PROM。PROM的結(jié)構(gòu)組成如圖所示 PROM的陣列結(jié)構(gòu) 任意一個邏輯函數(shù)都可以寫成與-或表達形式，因此可編程邏輯器件PROM的與陣列可采用一個有2n個地址譯碼的與門陣列，分別對應(yīng)一組特定的輸入A1An-1，或陣列中的每一個或門均對應(yīng)2n根字線的可編程交叉點，如圖示：與陣列O2O1O0A2A0A1或陣列簡化陣列圖210O2O1O0RRR前面已經(jīng)講到，PROM可編程邏輯器件的存儲單元利用其內(nèi)部熔絲是否被燒斷來寫入數(shù)據(jù)的，因此只能寫入一次。目前使用的EPROM可多次寫入，其存儲單元是在MOS管中置入的方法實現(xiàn)的。左

19、圖是浮置柵型PMOS管的結(jié)構(gòu)原理圖，浮置柵被包圍在絕緣的二氧化硅之中。寫入時，在漏極和襯底之間加足夠高的反向脈沖電壓把PN結(jié)擊穿，雪崩擊穿產(chǎn)生的高能電子穿透二氧化硅絕緣層進入浮置柵中。脈沖電壓消失后，浮置柵中的電子無放電回路而被保留下來 浮置柵EPMOS寫入數(shù)據(jù)后，帶電荷的浮置柵使EPMOS管的源極和漏極之間導通，當字線選中某一存儲單元時，該單元位線即為低電平；若浮置柵中無電荷(未寫入)，浮置柵EPMOS管截止，位線為高電平。3、可編程可擦除的 EPROM字線浮置柵MOS管位線UDD 當改寫存儲單元中的內(nèi)容時，要用紫外線或X射線照射擦除，使浮置柵上注入的電荷形成光電流泄漏掉，EPROM可恢復原

20、來未寫入時的狀態(tài)，因此又可重新寫入新信息。 27系列EPROM是美國Intel公司研制的，型號有2716、27512等。EPROM采用紫外線照射改寫數(shù)據(jù)，時間大約需要30 min，所需時間較長。 EPROM利用光照抹掉寫入內(nèi)容大約需要30min左右時間。為了縮短抹去時間，人們研制出了電擦除方式。電擦除的速度一般為ms數(shù)量級，其擦除的過程就是改寫的過程，電改寫以字為單位進行，電改寫的E2PROM既可以在掉電時不丟失數(shù)據(jù)，又可以隨時改寫寫入的數(shù)據(jù)，重復擦除和改寫的次數(shù)高達1萬次以上 2816AE2PROM寫入和擦除數(shù)據(jù)均采用電信號：既可以整片擦除、寫入，也可以字節(jié)為單位擦除和寫入 。4、電可擦除可

21、編程的E2PROM5、快閃存儲器FMROM FMROM是通過二氧化硅形狀的變化來記憶數(shù)據(jù)的。由于二氧化硅穩(wěn)是通過二氧化硅形狀的變化來記憶數(shù)據(jù)的。由于二氧化硅穩(wěn)定性大大強于磁存儲介質(zhì)，使得快閃存儲器（定性大大強于磁存儲介質(zhì)，使得快閃存儲器（U盤）存儲數(shù)據(jù)的可靠性大盤）存儲數(shù)據(jù)的可靠性大大提高。同時二氧化硅還可以通過增加微小的電壓來改變形狀，從而達大提高。同時二氧化硅還可以通過增加微小的電壓來改變形狀，從而達到反復擦寫的目的。到反復擦寫的目的。 快閃存儲器的工作原理和磁盤、光盤完全不同。如果使用的快閃存儲器的工作原理和磁盤、光盤完全不同。如果使用的Flash Memory材質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良，一個材質(zhì)品質(zhì)

22、優(yōu)良，一個U盤甚至能夠達到擦寫百萬次的壽命。作為盤甚至能夠達到擦寫百萬次的壽命。作為新一代的存儲設(shè)備，快閃存儲器新一代的存儲設(shè)備，快閃存儲器FMROM具有很好地發(fā)展前景。具有很好地發(fā)展前景。 6.2.4 ROM的應(yīng)用試用ROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)ABC 與陣列Y3Y2Y1或陣列 ROM有哪些種有哪些種類？試述各種類型類？試述各種類型ROM的特點。的特點。 有一個存儲體的地址線有一個存儲體的地址線為為A11A0，輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)位線有位線有8根分別輸出根分別輸出D7D0，問該存儲體的存儲，問該存儲體的存儲容量為多少？容量為多少？ ROM和和RAM的主要區(qū)別是什的主要區(qū)別是什么？各用于何種么？各用于何種

23、場合？場合？ 6.3 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM） 6.3.1 RAM的結(jié)構(gòu)與功能 存儲矩陣是存儲矩陣是RAM的主體，含有大的主體，含有大量的基本存儲單元，每個存儲單元量的基本存儲單元，每個存儲單元可存儲可存儲1位二進制數(shù)。位二進制數(shù)。 RAM的存儲的存儲容量是用容量是用字數(shù)和字長的乘積字數(shù)和字長的乘積來表示來表示的。存儲矩陣中的二進制數(shù)稱為的。存儲矩陣中的二進制數(shù)稱為，字的位數(shù)稱為，字的位數(shù)稱為。若。若RAM的的字數(shù)是字數(shù)是32，字長為，字長為8，則它的存儲容，則它的存儲容量為量為: 32825601n-112n-1 RAM中的存儲單元按一定規(guī)則排列起來構(gòu)成的陣列稱為中的存儲單元

24、按一定規(guī)則排列起來構(gòu)成的陣列稱為。由由于于RAM中的存儲單元是用觸發(fā)器構(gòu)成的，所以一旦掉電，中的存儲單元是用觸發(fā)器構(gòu)成的，所以一旦掉電，RAM中存放中存放的數(shù)據(jù)將全部丟失。的數(shù)據(jù)將全部丟失。 為區(qū)分為區(qū)分存儲存儲矩陣的矩陣的每個存儲單每個存儲單元元，首先要為這些存儲單元進行，首先要為這些存儲單元進行編號，即分配給各存儲單元不同編號，即分配給各存儲單元不同的地址。地址譯碼器的作用就是的地址。地址譯碼器的作用就是用來接受用來接受CPUCPU送來的地址信號并對送來的地址信號并對它進行譯碼，選擇與地址碼相對它進行譯碼，選擇與地址碼相對應(yīng)的存儲單元，以便對該單元進應(yīng)的存儲單元，以便對該單元進行讀寫操作行

25、讀寫操作。12n-1 存儲器地址譯碼有兩種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。單譯存儲器地址譯碼有兩種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。單譯碼方式又稱字結(jié)構(gòu)，適用于小容量存儲器。雙譯碼是將地址譯碼碼方式又稱字結(jié)構(gòu)，適用于小容量存儲器。雙譯碼是將地址譯碼器分成兩部分，器分成兩部分，X譯碼器輸出行地址選擇信號，譯碼器輸出行地址選擇信號，Y譯碼器輸出列地譯碼器輸出列地址選擇信號，適用于大容量譯碼器。址選擇信號，適用于大容量譯碼器。01n-1片選信號用以實現(xiàn)芯片的選片選信號用以實現(xiàn)芯片的選擇。對于一個芯片來講，只擇。對于一個芯片來講，只有當片選信號有效時，才能有當片選信號有效時，才能對其進行讀寫操作。片選對其進

26、行讀寫操作。片選信號一般由地址譯碼器的輸信號一般由地址譯碼器的輸出及一些控制信號來形成，出及一些控制信號來形成，而讀而讀/寫控制電路則用來控寫控制電路則用來控制對芯片的讀制對芯片的讀/寫操作。寫操作。 各列位線經(jīng)過讀/寫控制器與外部數(shù)據(jù)線相連。I/O電路位于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與被選中的存儲單元之間，用來控制信息的讀出與寫入，必要時，還可包含對I/O信號的驅(qū)動及放大處理功能。01n-112n-1讀讀/寫寫控制端控制端片選片選控制端控制端 RAM(Random Access Memory)意指隨機存取存儲器，其工作特點是：在微機系統(tǒng)的工作過程中，可以隨機地對其中的各個存儲單元進行讀/寫操作。讀寫存儲器分

27、為靜態(tài)RAM與動態(tài)RAM兩種。 6.3.2 RAM的存儲單元 存儲單元是RAM的核心部分， RAM字中所含的位數(shù)是由具體的RAM器件決定的，可以是4位、8位、16位和32位等。RAM中每個字都是按地址存取的。一般的操作順序是：先按地址選中要進行讀或?qū)懖僮鞯淖?，再對找到的字進行讀或?qū)懖僮?。打一比方：存儲器好比一座宿舍樓，地址對?yīng)著房間號，字對應(yīng)著房間內(nèi)住的人，位對應(yīng)床位。T1QQUDD位線 (1) 靜態(tài)RAM存儲單元位線行選擇線T2T3T4T6T5 圖中T1和T2、T3和T4分別構(gòu)成兩個反相器。兩個反相器交叉耦合又構(gòu)成了基本觸發(fā)器，作為儲存信號的單元，當Q時為“ ”態(tài)，Q 時為“ ”態(tài)。T5和T

28、6是門控管，其導通和截止均受行選擇線控制。當行選擇線為高電平時，T5T6導通，觸發(fā)器輸出端與位線接通當行選擇線為低電平時，T5T6截止，存儲單元和位線斷開。動態(tài)RAM存儲單元 (2) 動態(tài)RAM存儲單元C 一個MOS管和一個電容即可組成一個最簡單的動態(tài)存儲單元電路。 由于C和數(shù)據(jù)線的分布電容C0相并，因此C要損失部分電荷。為保持原有信息不變，使放大后的數(shù)據(jù)同時回送到數(shù)據(jù)線上，對C應(yīng)進行重寫，稱為刷新。對長時間無讀/寫操作的存儲單元，C會緩慢放電，所以存儲器必須定時對所有存儲單元進行刷新，這是動態(tài)存儲器的特點。 字選線TC0數(shù)據(jù)線 當存儲單元未被選中時： 當存儲單元被選中時： 寫入時，送到數(shù)據(jù)線

29、上的二進制信號經(jīng)T存入C中；讀出時，C的電平經(jīng)數(shù)據(jù)線讀出，讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)放大后，再送到輸出端。讀/寫操作 6.3.3 集成RAM簡介6116管腳排列圖管腳排列圖集成集成RAM6116功能表功能表CSWROEA0A10D0D7工作方式工作方式1 高阻態(tài)高阻態(tài)低功耗維低功耗維持持010穩(wěn)定穩(wěn)定輸出輸出讀00穩(wěn)定穩(wěn)定輸入輸入寫CMOS RAM集成芯片集成芯片6116的引腳的引腳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，CS是選片端，是選片端，OE是是輸出使能端，輸出使能端，WE是寫入控制端。是寫入控制端。 表中所示是集成RAM芯片6116的工作方式與控制信號之間的關(guān)

30、系，讀出和寫入線是分開的，而且寫入優(yōu)先。 6.3.4 RAM的容量擴展RAM的容量由地址碼的位數(shù)n和字的位數(shù)m共同決定。因此常用的容量擴展法有、和三種形式。16片1024字1位的RAM構(gòu)成1024字16位的RAM。地址碼A0A9I /O 16 片1片16片2I /O 2I /O 1如果一片RAM中的字數(shù)已經(jīng)夠用，而每個字的位數(shù)不夠用時，可采用位擴展連接方式解決。其數(shù)據(jù)位的擴展方法是：將各個RAM的地址碼即可。RAM的位擴展RAM的字擴展 下圖所示為RAM字擴展的典型實例：利用兩片1024字4位的RAM器件構(gòu)成2048字4位的RAM。A0A9A10片 1片 2I/O 14CSCS 利用地址碼的最

31、高位A10控制RAM器件的片選CS端，以決定哪一片RAM工作。地址碼的低A0A9并聯(lián)接到兩片RAM的地址輸入端。兩片RAM的數(shù)據(jù)輸入/輸出端（I/O14）按位對應(yīng)地并聯(lián)使用。字、位同時擴展 16片10244位的 RAM和3線8線譯碼器74LS138相接可擴展三個地址輸入端，構(gòu)成一個8K4位的RAM。74LS138譯碼器譯碼器A10A11A12A0A9R/WY0Y7I/00I/01I/02I/03RAM有幾種類型的有幾種類型的存儲單元？各適用存儲單元？各適用于什么場合？于什么場合？什么是隨機存儲器？什么是隨機存儲器？隨機存儲器有何特隨機存儲器有何特點？點？多看多練多做多看多練多做 存儲器的容量由

32、存儲器的容量由什么來決定？什么來決定？在工作過程中，既可方便地讀出在工作過程中，既可方便地讀出所存信息，又能隨時寫入新的數(shù)所存信息，又能隨時寫入新的數(shù)據(jù)的存儲器稱為隨機存儲器，隨據(jù)的存儲器稱為隨機存儲器，隨機存儲器。其特點是在系統(tǒng)工作機存儲器。其特點是在系統(tǒng)工作時，可以很方便地隨機地對各個時，可以很方便地隨機地對各個存儲單元進行讀存儲單元進行讀/寫操作，但發(fā)寫操作，但發(fā)生掉電時數(shù)據(jù)易丟失。生掉電時數(shù)據(jù)易丟失。按功能不同可分為靜按功能不同可分為靜態(tài)和動態(tài)兩類，按所態(tài)和動態(tài)兩類，按所用元件可分為雙極型用元件可分為雙極型和單極型雙極型存儲和單極型雙極型存儲器適用于存取速度要器適用于存取速度要求高的場

33、合，單極型求高的場合，單極型的存儲器適用于容量的存儲器適用于容量大、低功耗，對速度大、低功耗，對速度 要求不高的場合。要求不高的場合。存儲器的容量是由地址碼的位數(shù)存儲器的容量是由地址碼的位數(shù)n和和字長的位數(shù)字長的位數(shù)m共同決定的。共同決定的。 6.4 可編程邏輯器件可編程邏輯器件 6.4.1 可編程邏輯器件概述 可編程控制器（可編程控制器（PLD）的編程軟件功能強、操作簡便，利用開發(fā)系統(tǒng)）的編程軟件功能強、操作簡便，利用開發(fā)系統(tǒng)幾小時就能完成其編程工作，極大地提高了設(shè)計工作的效率。目前大多幾小時就能完成其編程工作，極大地提高了設(shè)計工作的效率。目前大多采用國際、國內(nèi)流行的邏輯圖形符號描述采用國際

34、、國內(nèi)流行的邏輯圖形符號描述PLD陣列圖。陣列圖。 由于任意一個組合邏輯由于任意一個組合邏輯都可以用都可以用“與與-或或”表達表達式進行描述，因此式進行描述，因此PLD能能夠完成各種數(shù)字邏輯功能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。典型可編程邏輯器件。典型可編程邏輯器件PLD的特點是：的特點是：與陣列（與陣列（地址譯碼器）不可編程，地址譯碼器）不可編程，或陣列（存儲矩陣）可編或陣列（存儲矩陣）可編程。程。 6.4.2 現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPLA）特點：PLA中的與陣列被編程產(chǎn)生所需的全部與項；PLA中的或陣列被編程完成相應(yīng)與項間的或運算并產(chǎn)生輸出，由此大大提高了芯片面積的有效利用率。 用PLA實現(xiàn) 4 位

35、二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為Gray 碼的電路。B0B0B1B1B2B2B3B36.4.3 可編程陣列邏輯PAL與門陣列(可編程)I2I1I0Q2Q1Q0或門陣列(固定) PAL的與陣列可編程，或陣列固定。PAL速度高且價格低，電路輸出結(jié)構(gòu)形式有多種，可以方便地進行現(xiàn)場編程，所以受到用戶歡迎。 為實現(xiàn)時序邏輯電路的功能，可編程陣列邏輯PAL又設(shè)計制造了在或門和三態(tài)門之間加入D觸發(fā)器，并且將D觸發(fā)器的輸出反饋回與陣列，從而使PAL的功能大大提高。與同樣位數(shù)的PLA相比，PAL不但減少了編程點數(shù)，而且也簡化了編程工作，更加有利于輔助設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)。 PAL編程是按“”進行的，下圖所示為實現(xiàn)“”函數(shù)的熔絲圖，圖中“”表示熔絲保留，而無“”的交點表示熔絲燒斷。&ABABABBA 由于PAL采用雙極型熔絲工藝，工作速度較高，但由于與陣列的“”工藝， 因此只能進行一次編程，而