数电半导体存储器PPT学习教案

1、会计学1数电半导体存储器数电半导体存储器存储器分类存储器分类 RAM (Random-Access Memory) ROM (Read-Only Memory)半导体存储器是用来存储大量二值数据的器件。半导体存储器是用来存储大量二值数据的器件。第1页/共38页 RAM是随机存取存储器，在任意时刻，对任意单是随机存取存储器，在任意时刻，对任意单元可进行存元可进行存/取（即：读取（即：读/写）操作。写）操作。 RAM特点特点:灵活灵活程序、数据可随时更改；程序、数据可随时更改；易失易失断电或电源电压波动断电或电源电压波动, , 会使内容丢失。会使内容丢失。 ROM是只读存储器，在正常工作状态只能读

2、出信是只读存储器，在正常工作状态只能读出信息，不能随时写入息，不能随时写入 。ROM特点：特点：非易失性非易失性信息一旦写入，即使断电，信息也不会丢失，具有信息一旦写入，即使断电，信息也不会丢失，具有非非“易失易失”性特点。常用于性特点。常用于存放固定信息（如程序、常数等）。存放固定信息（如程序、常数等）。编程较麻烦编程较麻烦需用专用编程器。需用专用编程器。第2页/共38页1.1 RAM1.1.1 RAM分类分类根据存储机理的不同，分为静态根据存储机理的不同，分为静态RAM(SRAM)和动态和动态RAM(DRAM)。 SRAM是利用触发器记忆的，只要不掉电，数据就能过是利用触发器记忆的，只要不

3、掉电，数据就能过永久保存。但是所用管子数目多，功能大，集成度受到限制永久保存。但是所用管子数目多，功能大，集成度受到限制。 DRAM利用利用MOS管的栅极电容的电荷存储效应。但是管的栅极电容的电荷存储效应。但是由于漏电阻的存在，电容上存储的数据不能长久保存，需要由于漏电阻的存在，电容上存储的数据不能长久保存，需要定期给电容充电，这种操作称为定期给电容充电，这种操作称为再生再生或或刷新刷新。第3页/共38页1.1.2 RAM的结构的结构 存储矩阵用于存放二进制数，一个单元放一位，排列成存储矩阵用于存放二进制数，一个单元放一位，排列成矩阵形式。矩阵形式。 读读/ /写控制电路完成对选中的存储单元进

4、行读出或写入数据写控制电路完成对选中的存储单元进行读出或写入数据的操作。把信息存入存储器的过程称为的操作。把信息存入存储器的过程称为“写入写入”操作。反之，操作。反之，从存储器中取出信息的过程称为从存储器中取出信息的过程称为“读出读出”操作。操作。 地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码，以便地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码，以便唯一地选择存储矩阵中的一个存储单元。唯一地选择存储矩阵中的一个存储单元。图图 8.1.4存储矩阵存储矩阵读读/写控制电路写控制电路 译码器译码器数据输入数据输入/输输出出地址地址输入输入控制信号输入控制信号输入( CS 、R/W)第4页/共38页 存

5、存储储单单元元 Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行地地址址译译码码器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 例如：容量为例如：容量为2561 的存储器的存储器8根列地址根列地址选择线选择线32根行地址根行地址选择线选择线32 8 =256个存储单元个存储单元译译码码方方式式单译单译码码 双译双译码码 -n位地址构成位地址构成 2n 条地址线。若条地址线。若n=10，则有，则有1024条地址线条地址线- 将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码码 其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们

6、共同确定欲选其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择择 的地址单元。的地址单元。若给出地址若给出地址A7-A0=001 00001，将选中哪个存储单元读，将选中哪个存储单元读/写写？第5页/共38页 存存储储单单元元 Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行地地址址译译码码器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 图图 8.1.5 若容量为若容量为2564 的存储器，有的存储器，有256个字，个字，8根地址线根地址线A7-A0，但其数据线有但其数据线有4根，每字根，每字4位。位。8根列地根列地址选择线址选择线32根行地根行地址选择线址

7、选择线1024个个存储单存储单元元 若给出地址若给出地址A7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读哪个单元的内容可读/写？写？ 第6页/共38页 RAM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。RAM中的寄存器的个数称为一个中的寄存器的个数称为一个字数字数，寄存器中的存储数据的个数称为一个寄存器中的存储数据的个数称为一个字长字长。寄存器的个。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（字长）的乘积，数（字数）与寄存器中存储单元个数（字长）的乘积，叫做叫做RAM的的容量容量。 按照按照RAM中寄存器位数的不同，中寄存器

8、位数的不同，RAM有多字有多字1位和位和多字多位两种结构形式。在多字多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器位结构中，每个寄存器都只有都只有1位，例如一个容量为位，例如一个容量为10241位的位的RAM，就是一，就是一个有个有1024个个1位寄存器的位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的位的RAM，就，就是一个有是一个有256个个4位寄存器的位寄存器的RAM。 1K=210 1M=220 1G=230存储器的容量存储器的容量第7页/共38页1.1.3 RAM的扩展的扩展(自学自学)1. 字长

9、扩展字长扩展D0 D1 D2 D3D12 D13 D14 D15 位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。即地址线位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。即地址线、读、读/写线、片选信号对应并联，各芯片的写线、片选信号对应并联，各芯片的I/O口作为整个口作为整个RAM输入输入/出数据端的一位。出数据端的一位。例例1 用用4K4位的位的RAM扩展为扩展为4K16位的位的RAM CSA11A0 R/WR/WCSA0A114K4位（位（1）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3R/WCSA0A114K4位（位（4）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 第8页/共38页2. 字数的扩展字数的扩展图图 8

10、.1.10 A12 A0 CS WR/ D7 D0 8K 8位位 8K 8位位 8K 8位位 8K 8位位 D7 D0 A12 A0 A1 A0 A14 A13 EN Y0 Y1 Y2 Y3 13 13 13 13 13 8 8 8 8 8 74139 WR/ A12 A0 CS WR/ D7 D0 A12 A0 CS WR/ D7 D0 A12 A0 CS WR/ D7 D0 (I)(II)(III)(IV)芯芯片片74139有效输有效输出端出端A14A13 IY00 0 IIY10 1IIIY21 0IVY31 1例例2 将将8K8位的位的RAM扩展为扩展为32K8位的位的RAM 第9页/

11、共38页第10页/共38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、对任意选中）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）或取出（读出）操作。的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器与只读存储器ROM相比，相比，RAM最大的优点是存取方便，使最大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。RAM由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路、输入由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路

12、、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际上输出电路和片选控制电路等组成。实际上RAMRAM是由许许多多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。的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。当单片当单片RAM不能满足存储容量的要求时，可以把若干片不能满足存储容量的要求时，可以把若干片RAM联在一起，以扩展存储容量，扩展的方法有位扩展和字联在一起，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，常将两种方法相互结合来达到预扩展两种，在实际应用中，常将两种方法相互结合来达到预期要求。期要求。第11页/共38页1.2.1 ROM的特点及分类的特点及分类ROM：Read-Only

13、 Memory的缩写。又称为只读存储器的缩写。又称为只读存储器。 特点：通常需要专用装置写入数据，数据写入后一般不特点：通常需要专用装置写入数据，数据写入后一般不能随意改写，在切断电源后，数据不会消失，具有非易失性能随意改写，在切断电源后，数据不会消失，具有非易失性。根据存储方式的不同可以分为：根据存储方式的不同可以分为： 固定固定ROM：一旦：一旦ROM制成，其存储数据就固定不变。制成，其存储数据就固定不变。 PROM：一次可编程存储器。内部采用熔断丝结构，通一次可编程存储器。内部采用熔断丝结构，通过编程可以存储数据，但只能改写一次。过编程可以存储数据，但只能改写一次。 EPROM：光可擦除

14、可编程存储器。内部采用浮栅技术：光可擦除可编程存储器。内部采用浮栅技术，通过紫外线或，通过紫外线或X射线擦除数据，可重复改写。射线擦除数据，可重复改写。 E2PROM：电可擦除可编程存储器。内部采用浮栅技术：电可擦除可编程存储器。内部采用浮栅技术，可随时改写。，可随时改写。 Flash Memory：快闪存储器。擦除和写入分开。写的速：快闪存储器。擦除和写入分开。写的速度可以达到微秒级。度可以达到微秒级。 1.2 ROM第12页/共38页1.2.2 ROM的应用的应用（1） 用于存储固定的数据、表格用于存储固定的数据、表格（2） 用户程序的存贮用户程序的存贮（3） 构成组合逻辑电路构成组合逻辑

15、电路第13页/共38页例例 1 用用ROM实现十进制译码显示电路。实现十进制译码显示电路。 A3 A2 A1 A0 D C B A ROM D1 D2 D3 CS D5 D6 D7 a b c d e f g OE a b c d e f g D4 第14页/共38页 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

16、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A3 A2 A1 A0 D C B A ROM CS a b c d e f g OE ROM D1 D2 D3 D5 D6 D7 D4 0000地地址址单单元元的的内内容容对对应应七七段段数数码码0 1001 地地址址单单元元的的内内容容对对应应七七段段数数码码9 这这些些单单元元不不用用 m0m1m2m9第15页/共38页例例 2 用用ROM实现逻辑函数。实现逻辑函数。2/4线译码器线译码器A1A0m0m1m2m3D0 D1 D2 D30101010AAAAAAD 011A

17、AD 01013AAAAD 012AAD 第16页/共38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固定连接断开编程连接第17页/共38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

18、 , 4 , 1 (4321mYmYmYmY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 1 1 CBADBCBCAYDCBBCDDABYBCACABYCBAY4321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。例例 3 用用ROM实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数第18页/共38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ROM，画画阵阵列列图图第19页/共38页用用ROM

19、构成能实现函数构成能实现函数yx2的运算表电路。的运算表电路。练练习习设设x的取值范围为的取值范围为015的正整数，则对的正整数，则对应 的 是应 的 是 4 位 二 进 制 正 整 数 ， 用位 二 进 制 正 整 数 ， 用 B B3B2B1B0表示。根据表示。根据yx2可算出可算出y的最大的最大值是值是152225，可以用，可以用8位二进制数位二进制数YY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。由此可列出表示。由此可列出YB2即即yx2的真值表。的真值表。第20页/共38页输 入输 出注B3 B2 B1 B0Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0十进制数0 0 0 00 0 0 10

20、 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 0 1 0 10 0 1 1 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0

21、1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 0 10149162536496481100121144169196225真真值值表表第21页/共38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(01234567mYYmYmYmYmYmYmY第22页/共38页 m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11

22、 m12 m13 m14 m15 与门阵列(地址译码器) 或门阵列(存储矩阵) Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 B3 B3 B2 B2 B1 B1 B0 B0 阵列图阵列图第23页/共38页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。ROM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，即实现了对输入变量的与运算；存储体实现了有关最小项的或运算。因此，ROM实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组合电路，利用ROM可以实现任何组合逻

23、辑函数。利用ROM实现组合函数的步骤：（1）列出函数的真值表或写出函数的最小项表达式。（2）选择合适的ROM，画出函数的阵列图。本节小结第24页/共38页2.1 概述概述2.2 可编程阵列逻辑器件可编程阵列逻辑器件(PAL)简介简介第25页/共38页2.1 概述概述v从逻辑功能的特点来看，数字电路可分为通用型和专用从逻辑功能的特点来看，数字电路可分为通用型和专用型两种。前面介绍的都属于通用型。如门电路、计数器型两种。前面介绍的都属于通用型。如门电路、计数器、寄存器等。、寄存器等。还有很多电路实现复杂逻辑功能，是为某种用途专门设还有很多电路实现复杂逻辑功能，是为某种用途专门设计的集成电路，称为专

24、用集成电路，简称计的集成电路，称为专用集成电路，简称ASIC。1.引引 言言v可编程逻辑器件，简称可编程逻辑器件，简称PLD（Programmable Logical Device)。它属于通用器件，但它的逻辑功能是由用户通过。它属于通用器件，但它的逻辑功能是由用户通过编程来设定的。编程来设定的。PLD的集成度很高，足以满足一般数字系统的集成度很高，足以满足一般数字系统的要求。的要求。由由PLD编程的开发系统由硬件和软件两部分构成。硬件编程的开发系统由硬件和软件两部分构成。硬件为计算机、专用编程器等；软件为集成开发软件、为计算机、专用编程器等；软件为集成开发软件、ABEL、Verilog HD

25、L、VHDL等语言。等语言。第26页/共38页2. PLD的电路表示法的电路表示法乘积项乘积项连接方连接方式式基基本本门门表表示示法法&ABCD第27页/共38页BL1AL2L3G1L=A+B+C+ DDA B C或项或项或门或门例例2:01ABL1-全积项全积项L2-悬浮悬浮1L3-硬线连接硬线连接例例 1:第28页/共38页输出输出或或门门阵阵列列与与门门阵阵列列输入输入BAYZ可编程可编程与阵列与阵列固定或固定或阵列阵列基本的PLD结构第29页/共38页1. PAL的基本结构：的基本结构：包含一个可编程的与逻辑阵列和一个固定的或逻辑阵列。包含一个可编程的与逻辑阵列和一个固定的或逻辑阵列。

26、 B A “或”阵列 （固定） Sn Cn+1 “与”阵列 (可编程) C BCACABCABCCBACBACBASn1ABCABCABCABCABACBC全加器2.2 可编程阵列逻辑器件可编程阵列逻辑器件(PAL)简介简介第30页/共38页2.PAL的 逻辑电路图 2 3 5 4 6 7 8 9 1 18 17 15 16 14 13 12 11 19 0 3 4 7 8 11 12 15 16 20 23 24 27 28 31 19 0 56 55 7 8 63 32 15 16 40 23 24 47 48 31 39 0 3 4 7 8 11 12 15 16 20 23 24 27 28 31 19 输入端输入端输入输入/输出输出端端输出三输出三态门态门输入缓输入缓冲器冲器可编程与阵列PAL是是70年代年代末由末由MMI公司公司最先推出的一最先推出的一种可编程逻辑种可编程逻辑器件器件第31页/共38页3. PAL应用举例应用举例 用用PAL器件设计一个数值判别电路。要求判别器件设计一个数值判别电路。要求