节大规模集成电路介绍PPT学习教案

1、会计学1 节大规模集成电路介绍节大规模集成电路介绍 2. 存储器的分类 RAM：在工作时既能从中读出（取出）信息，又能随时写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。 ROM：在工作时只能从中读出信息，不能写入信息，且断电后其所存信息在仍能保持。 1.半导体存储器的定义: 半导体存储器是一种能存储大量二值信息的 半导体器件。它具有存储密度高、速度快、 功耗低、体积小、使用方便等优点。 第1页/共37页 9 2 只读存储器只读存储器ROM及其应用及其应用 第2页/共37页 9.2.1 ROM的结构及工作原理的结构及工作原理 1、ROM的结构的结构 W0 W1 Wi 12 n W D0 D1 Db-1

2、 位线 输出数据 0 单元 1 单元 i 单元 2n-1 单元 存储体 地 址 输 入 字线 地址译码器 A0 A1 An-1 存储容量字线数位线数2nb（位） 存储单元地址存储单元地址 第3页/共37页 2、ROM的工作原理的工作原理 1 1 D3 D2 D1 D0 A1 A0 W0 W1 W2 W3 1111 & & & & 4 4 位位 R O M 地址译码器地址译码器存储体存储体 0100 AAmW 0111 AAmW 0122 AAmW 0133 AAmW 310310330301 321321220203 mmmWWWDmmWWD mmmWWWDmmWWD 第4页/共37页 存储内

3、容存储内容 地 址 A1 A0 字 线 W0 W1 W 2 W3 存 储 内 容 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 对于给定的地址，相应一条字线输 出高电平，与该字线相连接的或门输出 为 1，未连接的或门输出为 0。 第5页/共37页 1 1 D3 D2 D1 D0 A1 A0 W0 W1 W2 W3 1111 & & & & 地 址 A1 A0 字 线 W0 W1 W2 W3 存 储 内 容 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1

4、1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 A1=0 A0=0 W0=1 W1=0 W2=0 W3=0 D3=1D1=1D0=1D2=0 第6页/共37页 地 址 A1 A0 字 线 W0 W1 W2 W3 存 储 内 容 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 D3 D2 D1 D0 A1 A0 W0 W1 W2 W3 1111 & & & & A1=0

5、A0=1 W0=0 W1=1 W2=0 W3=0 D3=0D1=0D0=1D2=1 第7页/共37页 地 址 A1 A0 字 线 W0 W1 W2 W3 存 储 内 容 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 D3 D2 D1 D0 A1 A0 W0 W1 W2 W3 1111 & & & & A1=1 A0=0 W0=0 W1=0 W2=1 W3=0 D3=1D1=0D0=0D2=1 第8页/共37页 地 址 A1 A0 字 线 W0 W1

6、W2 W3 存 储 内 容 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 D3 D2 D1 D0 A1 A0 W0 W1 W2 W3 1111 & & & & A1=1 A0=1 W0=0 W1=0 W2=0 W3=1 D3=0D1=1D0=1D2=1 第9页/共37页 A1 A1 A0 A0 或门阵列(存储矩阵) 与门阵列(地址译码器) Y3 Y2 Y1 Y0 m0 m1 m2 m3 ROM的简化画法的简化画法 地址译码器产地址译码器产 生了输入变

7、量生了输入变量 的全部最小项的全部最小项 存储体实现存储体实现 了有关最小了有关最小 项的或运算项的或运算 与与 阵阵 列列 固固 定定 或或 阵阵 列列 可可 编编 程程 连接断开 第10页/共37页 )13,12,11,10, 9 , 5 , 4 , 3 , 1 , 0( )15,14,12, 9 , 7 , 1 ( )15,14,13,12,11,10, 7 , 6( )13, 8 , 4 , 1 ( 4 3 2 1 mY mY mY mY 9.2.2 ROM的应用的应用 1、用、用ROM实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 逻辑表达式逻辑表达式 真值表或最真值表或最 小项表达式小项表达式

8、1 1 CBADBCBCAY DCBBCDDABY BCACABY CBAY 4 3 2 1 按A、B、C、D排列变量，并将Y1、Y2扩展成为4变量的逻辑函数。 第11页/共37页 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15 与门阵列(地址译码器) 或门阵列(存储矩阵) Y1 Y2 Y3 Y4 A A B B C C D D 2 2 选选 择择 R O M ， 画画 阵阵 列列 图图 第12页/共37页 2、用、用ROM作函数运算表作函数运算表 用ROM构成能实现函 数yx2的运算表电路 。 例例 设x的取值范围为015的正整数

9、，则对应的是4位二进制正整数 ，用BB3B2B1B0表示。根据y x2可算出y的最大值是152225， 可 以 用 8 位 二 进 制 数 Y Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。由此可 列出YB2即yx2的真值表。 第13页/共37页 输 入输 出注 B3 B2 B1 B0Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0十进制数 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0

10、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 169 196 225

11、 真真 值值 表表 第14页/共37页 逻逻 辑辑 表表 达达 式式 )15,13,11, 9 , 7 , 5 , 3 , 1 ( 0 )14,10, 6 , 2( )13,11, 5 , 3( )12,11, 9 , 7 , 5 , 4( )15,13,11,10, 7 , 6( )15,14,11,10, 9 , 8( )15,14,13,12( 0 1 2 3 4 5 6 7 mY Y mY mY mY mY mY mY 第15页/共37页 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15 与门阵列(地址译码器) 或门阵列(存储矩

12、阵) Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 B3 B3 B2 B2 B1 B1 B0 B0 阵列图阵列图 第16页/共37页 3、用、用ROM作字符发生器电路作字符发生器电路 输出缓冲器 A2 A1 A0 D4 D3 D2 D1 D0 地 址 译 码 器 用用ROM存储字符存储字符Z 第17页/共37页 9.2.3 ROM的容量扩展的容量扩展 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 27256(32k8) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 VPP A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0

13、O1 O2 GND VCC A14 A13 A8 A9 A11 OE A10 CS O7 O6 O5 O4 O3 E P R O M 芯芯 片片 正常使用时，VCC=5V，VPP=5V。编程时，VPP=25V。 OE为输出使能端，OE=0时允许输出；OE=1时，输出被禁止，ROM输出端为高阻态。 CS为片选端，CS=0时，ROM工作；CS=1时，ROM停止工作，且输出为高阻态（不论OE为何值）。 第18页/共37页 1、位扩展（字长的扩展）、位扩展（字长的扩展） 地址总线A14A 0 8位总线D7D0 8位总线D15D8 CS OE A0 O0 A14 CS O7 OE A0 O0 A14 C

14、S O7 OE 16 位 数 据 总 线 D15 D0 27256 27256 地址线及控制线分别并联 输出一个作为高8位，另一个作为低8位 用两片用两片27256扩展成扩展成32k16位位EPROM 第19页/共37页 2、字扩展（字数扩展，地址码扩展）、字扩展（字数扩展，地址码扩展） 用用4片片27256扩展成扩展成432k16位位EPROM 地址总线 A16A0 数据总线 D7D8 OE A0 O0 A14 CS O7 OE A0 O0 A14 CS O7 OE 27256(1) 27256(2) A0 O0 A14 CS O7 OE 27256(3) A0 O0 A14 CS O7 O

15、E 27256(4) A0 Y0 A1 Y1 Y2 ST Y3 2 1 74LS139 Y0 Y1 Y2 Y3 OE端、输出线及地址线分别并联 高位地址A15、A16作为2线-4线译码器的输入信号，经译码后产生的4个输出信号分别接到4个芯片的CS端 第20页/共37页 本节小结 只读存储器在存入数据以后，不能用简单的方法只读存储器在存入数据以后，不能用简单的方法 更改，即在工作时它的存储内容是固定不变的，只能更改，即在工作时它的存储内容是固定不变的，只能 从中读出信息，不能写入信息，并且其所存储的信息从中读出信息，不能写入信息，并且其所存储的信息 在断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。在断电

16、后仍能保持，常用于存放固定的信息。 ROM由地址译码器和存储体两部分构成。地址译由地址译码器和存储体两部分构成。地址译 码器产生了输入变量的全部最小项，即实现了对输入码器产生了输入变量的全部最小项，即实现了对输入 变量的与运算；存储体实现了有关最小项的或运算。变量的与运算；存储体实现了有关最小项的或运算。 因此，因此，ROM实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组 合电路，利用合电路，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。可以实现任何组合逻辑函数。 利用利用ROM实现组合函数的步骤：（实现组合函数的步骤：（1 1）列出函数）列出函数 的真值表或写出函数的最小项表达

17、式。（的真值表或写出函数的最小项表达式。（2 2）选择合）选择合 适的适的ROMROM，画出函数的阵列图。，画出函数的阵列图。 第21页/共37页 9.3 随机存取存储器（随机存取存储器（ RAM） 第22页/共37页 RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。RAM中的每个寄存器称为一个字，寄存器中的每一位称为一个存储单元。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为10241位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的

18、RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的RAM，就是一个有256个4位寄存器的RAM。 9.3.1 RAM的结构的结构 第23页/共37页 存储矩阵 地址译码器 读/写控制电路 地址码输入 片选 读/写控制 输入/输出 由大量寄存器 构成的矩阵 用以决定访问 哪个字单元 用以决定芯 片是否工作 用以决定对 被选中的单元 是读还是写 读出及写入 数据的通道 第24页/共37页 X0 X1 X2 X31 8 根列选择线 Y0 Y1 Y7 32 根 行 选 择 线 容量为2564 RAM的存储矩阵 存储单元 1024个存储单元排成 32行32列的矩阵 每根行选择线选择一

19、行 每根列选择线选择一个字列 Y11，X21，位于X2和Y1交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中。 第25页/共37页 地址的选择通过地址译码器来实现。地址译码器由行译码器和列译码器组成。行、列译码器的输出即为行、列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。 A0 A1 A2 A3 A4 X0 X1 X2 X31 A5 A6 A7 Y0 Y1 Y7 行译码器 列 译 码 器 2564 RAM存储矩阵中，256个字需要8位地址码A7A0。其中高3位A7A5用于列译码输入，低5位A4A0用于行译码输入。A7A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉

20、的字单元。 00010 0 0 1 第26页/共37页 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 6116 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND VDD A8 A9 WE OE A10 CS D7 D6 D5 D4 D3 集成集成2kB8位位RAM6116 写入控制端 片选端 输出使能端 A0A10：地址码输入端，D0D7：数码输出端。 第27页/共37页 9.3.2 RAM容量的扩展容量的扩展 I/O 10241RAM(0) A0 A1 A9 R/W CS I/O0I/O1

21、 I/O 10241RAM(7) A0 A1 A9 R/W CS I/O7 A0 A1 A9 R/W CS I/O 10241RAM(1) A0 A1 A9 R/W CS 将地址线、读写线和 片选线对应地并联在一起 输入输出（I/O）分开 使用作为字的各个位线 第28页/共37页 A0 A1 A9 R/W A10 A11 A12 I/O0 I/O1 I/O3 I/O2 I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k4RAM(7) A0 A1 A9 R/W CS I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k4RAM(1) A0 A1 A9 R/W CS I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 1k

22、4RAM(0) A0 A1 A9 R/W CS Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6 Y7 3 线-8 线译码器 A0 A1 A2 输入输出（I/O）线并联 要增加的地址线A10A12 与译码器的输入相连， 译码器的输出分别接至 8片RAM的片选控制端 第29页/共37页 本节小结： 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）可以在任意时刻、对）可以在任意时刻、对 任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取 出（读出）操作。与只读存储器出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，相比，RAM最最 大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读大的优点是存取方便，使

23、用灵活，既能不破坏地读 出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一 旦停电，所存内容便全部丢失。旦停电，所存内容便全部丢失。 RAM由存储矩阵、地址译码器、读写控制电由存储矩阵、地址译码器、读写控制电 路、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际路、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际 上上RAMRAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大 规模集成电路。规模集成电路。 当单片当单片RAM不能满足存储容量的要求时，可以不能满足存储容量的要求时，可以 把若干片把若干片RAM联在一起，以扩展存储容量，扩展的联在一起，以扩展存储容量，扩展的 方法有位扩展和字扩展两种，在实际应用中，常将方法有位扩展和字扩展两种，在实际应用中，常将 两种方法相互结合来达到预期要求。两种方法相互结合来达到预期要求。 第30页/共37页 9.4 可编程逻辑器可编程逻辑器