計算機結構與邏輯設計課件

1. 器的一個字存放在一個或者幾 單元（cell） 每 單元在矩陣中都有一個唯一的地址 器的基本結構如地器地器B0 經過譯碼選中字線，使相 計算機字長是以字節(jié)為單的 每個字節(jié)（Byte）是8位 一個字占用幾個字節(jié)，在 器 單元是與字 圖 矩陣每一行是8計算機中的所有操作都是在時鐘控制下進行器作延，應線分的為的寫因在 址入和（每每字m讀個2個2隨機存器寫器地器地址寄存器緩沖寄存nmnm圖5.2計算機中器單地址 圖5.3是一 器的例

。 有4個字，每個 單元是4。 數據輸入線是I1/I/2/I3/I4，數 讀寫分別由控制線控 這 器可以隨機的對任，所以稱為

0 3譯

地址 是一個重要的組

圖5.4所示的 是4－16線的 （最小項發(fā)生器

基本靜 單器矩陣是由基的

單元組成&W&在一個觸發(fā)器上加上一些控I構成具有讀寫控制和選通端。見即S=W=1，R-S觸發(fā)器的R=I(非

1圖

& SR &SRDSS W一維矩陣的靜態(tài)基 單雙向譯碼方式與相應的靜態(tài)RAM基 單前面 矩陣每一行代表一個字，每一列代表這個字的一位這種譯碼方式稱為線性譯它的特點是結構簡單，缺點是所用選擇線太多，一個n位地址 器有2n條選擇線 容量很大的情況下，這種譯碼方式是不適合的 基 單元位于X和Y選擇線的交點，當兩個選擇線都處于有效電平，該基 單元被選中圖5.6是一個4位地址碼 器，X和Y方向各有一個2－4 ，只4條選擇線。16 單元在選擇線的交點上

（Y

&每個單元的 OO OO

OO OO OO OO

OO OO OO OO

OO OO OO OO 所有單元的I接到

OO OO 圖5.6二 矩陣 I1&&IWOD&圖5.7二維矩陣的靜態(tài)基本圖5.6是只 器中各個單元的一位，完整的8位見圖5.8，容量為 雙向譯碼方式 器，比線譯碼方式 器選擇線少得多 MAR0

1BIN/FOU

MAR

行譯碼器 （X譯碼器

MAR

BIN/FOU 0 2 MAR列譯碼 （Y譯碼器WRIT 》每一列所有單元的I連在一起作為DI（數據輸入）

REA

&DO（數據輸出圖5. 簡化的二維矩陣靜態(tài)RA對 器矩陣，通常講它的容量是多少Kbyte計算機內存的大小，直接影響計算機現在的計算機內存容量要求越來越大，常常需要很多 連在起，對于如何連接，在這里按字和位兩種擴展方法進行通常的擴展，兩種方法都5.1.5.1字擴展——指的是擴 器 的字的數目，也就是擴器的地址數每 器都會有一個片選擇端，一般是低電平有效圖5.11用8×1位的作其中DO為數據輸DI為數據輸擴展為地址線需要增加兩條，控制2－4 ，完成擴展

_

_

_

_ & 3&圖 器的字擴5.1.5.2位擴展——指的是將同一個地址 單元的位數增由于器大部分是字節(jié)的，因此一般不需要位位擴展本身很容易，由于只是將同一個地址的單元位數增加，所以只要把多個器的對應的地址端連在一起，把它們的數據輸出合起來圖是8×1擴展為OOO2_I_RMEAAAAA2RDOCSAAA2R/DOCSA2RDOCS111111圖5.12 存儲器的位擴5.15.3字位擴右圖是××&0 &2 &他&端靜態(tài)RAM的概念及其讀/靜 器SRAM（Static上述RAM是用RS觸發(fā) 信息，構成RS觸發(fā)器的兩個門總是一個輸高電平，另一個輸出低電只要不寫進新的內，觸器狀態(tài)不改變在電不斷的下，這種狀態(tài)就會直保，以稱靜態(tài) 。（RAM）讀SRAM過程先加地址信加讀有效信加片選信號，經數據能被讀出所需要的最寫SRAM過程首先給SRAM加上地址信號和讀/寫信號，同時將數據信號也加到動態(tài)RAM的基 單SRAM的優(yōu)點是速度高，僅存（嚴格的講，門導通和截止理想情況下是沒有功耗的，但實際中做不到為了節(jié)省功耗，減 面積，采用動 元件動態(tài)RAM是用電容作 元件 器，依靠電容的充放 信靜 器(StaticRandomMemory:特點：存缺點：功耗大，集成占用 面積 器(DynamicRandomAccessMemory:DRAM) 動 器工作原理當 器寫信息時，數據線送數據信號0或者1，字選擇線使開導通（MOS管），信號就會對電容數放電或者充電，也就是寫入了信據息 信息為1時，就會向數據線放

管 管使數據線電容跟MOS電容電壓相同，就會有電流流向數據線，經線上就會得到信息當MOS電 信息為0時，數據線上沒有電流流動，在輸出線上就輸出0但是，這種器存在兩1破壞性讀讀出時，電容上的電荷對數據線電容充電，電荷損失很多，所以每一次讀出后，必須給電容補充電荷－－稱為再生（Regeneration）2MOS管開關截止時，由于存在電阻，電容上的電荷仍然逐漸減少，必須定時給予刷刷新和再生都是將電容上的信息重新刷新是定時 矩陣單元進行掃描，讀出信息再寫進去，使電荷足再生是讀數據時，把讀出的數據重新寫入，是讀操作的因為需要不斷的刷新，所以叫動 圖5.16是一個定時刷新波形的例子，它用于（a）所示的DRAM該DRAM容量64KB，8條地址線，分時復用一個讀周期后面接一個寫周讀周期RAS在下降沿讀行地址CAS讀周期RAS在下降沿讀行地址CAS在下降沿讀列地址地 行地 列地 行地 行地R/WDODI有效數據有效數據516DRAM在讀周期中，行地址選擇線RAS的下降沿時，讀加讀控制信號列地址選擇CAS的下降沿讀進列地行、列地址所選中單元數讀出，同時變；此時數據輸出送到 緩寄器。寫周期與讀周期類似，但在R/W的上升沿 緩沖寄存器中的數寫進指定單元 只只

器(Read-OnlyMemory:電路結構簡單，掉電后數據不會丟失適用 固定數據的場合地址前面所講的RAM，無論是SRAM還 DRAM，只要斷電， 的信息立即就會，因此需要斷電后信息仍然能保存的存儲器只 器(ReadOnlyMemory,ROM)是

圖5.18是ROM的基本結構，沒有ROM分固定ROM和可編程ROM

固定固定ROM又稱掩模編程ROM，是由半導體器件工廠生產制造圖5.19是掩模ROM示意圖，字線和位線之間有二極管連接的表 的息為1，沒有連接二極管的，表 的信息為0實際制作時，二極管全部做好，不管是否有用，然后根據用戶的需用二極管的位置，連線連接好，不用的地方不予掩模ROM適合于制作大批量生產 器（程序已經在制作時編好了圖5.19 可編程掩模ROM適合于大批量生產，一為了能夠更方便靈活的編程，在與掩模ROM結構基本不變的基礎行與列連接點都安排一個熔絲，作成半成品。這樣，根據設計要求，將需要連接的熔絲燒斷，就達到了編程的目的。這樣的ROM叫PROM目前，用于可編程連接的工藝有反熔絲、EPROM、EEROM、反熔絲工藝用反熔絲工藝制作的ROM，矩陣每個連接點結構如圖5.20EPROMEPROM工藝的器矩陣的每個連接點被一只浮置柵MOS（FAMOS）在柵極））。）間不能泄漏，使編程電壓比器件工作的電壓高，需要專門的編程已編程的器件用紫外線照射，G2上的電子被激活返回襯底，就擦E2ROM工藝EEROM工藝 器，它的浮置柵MOS跟EPROM中的結構類似，只是其浮Flash工藝與M致別。M是逐點擦除，也就是在對每一點編程，先將該點擦除，寫；是 的所以其編程速M。在系統(tǒng)編程技術——ISP技ISP器件的外引線大部分是雙向端口，每個端口內部都有三（檢驗，并可