数字电路课件：第8章半导体存储器与总线接口-教学

1、第八章 半导体存储器与总线接口存储器用以存储二进制信息的器件。半导体存储器的分类：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：（1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。（2）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。存储器的容量：存储器的容量=字长（n）字数（m） 存储器是用来存储二值数字信息的大规模集成电路，是进一步完善数字系统功能的重要部件。 它实际上是将大量存储器按一定规律结合起来的整体，可以被比喻为一个由许多房间组成的学生宿舍

2、。每个房间有一个号码 （地址码 ），每个房间内有一定内容（一个二进制数码，又称为一个“字” ）。 地址线、数据线、存储容量 一.半导体存储器的特点及分类 体积小，集成度高等2.分类：按制造工艺按存储原理双极型MOS型静态：存储单元是触发器动态：电容存储信息。1.特点：二. 存储器的技术指标存储容量= n 字(单元数) m 位（n个单元m位的二进制信息） 1K=1024 Byte(字节) 1M=1024 K 1G =1024 M计算机的存储单元称为字节。这里的存储单元指存放一位0，1的物理器件1.存储容量：单位（位、字节、字），存储容量是 RAM 的主要技术指标之一。容量=2N * m 它一般用

3、存储字数：2N 输出位数：m 来表示( 其中N为存储器的地址线数 )。8.1随机存取存储器( RAM )读写存储器又称随机存储器。特点：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称 RAM 。Random Access Memory.RAM 按功能可分为 静态、动态两类；RAM 按所用器件又可分为双极型和 MOS型两种。静态：存储单元是触发器动态：电容存储信息。一 RAM的基本结构 由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。8.1 随机存取存储器（RAM） 1. 存储矩阵图中，1024个字排列成3232

4、的矩阵。为了存取方便，给它们编上号。32行编号为X0、X1、X31，32列编号为Y0、Y1、Y31。这样每一个存储单元都有了一个固定的编号，称为地址。 2地址译码器将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。 采用双译码结构。 行地址译码器：5输入32输出，输入为A0、A1 、A4， 输出为X0、X1、X31； 列地址译码器：5输入32输出，输入为A5、A6 、A9，输出为Y0、Y1、Y31， 这样共有10条地址线。例如，输入地址码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001，则行选线 X10、列选线Y01，选中第X1行第Y0列的那个存储单元

5、。3 RAM的存储单元例. 六管NMOS静态存储单元动态RAM:DRAM,SDRAMDDR SDRAM电容存储电荷刷新特点：存储容量大功耗大需要刷新电路 4. 片选及输入/输出控制电路当选片信号CS1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3均处于高阻状态，输入/输出（I/O）端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作；当CS0时，芯片被选通：当 W/R 1时，G5输出高电平，G3被打开，于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端，存储器执行读操作；当 W/R 0时，G4输出高电平，G1、G2被打开，此时加在I/O端的数据以互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。存储器

6、数据 二. RAM的工作时序（以写入过程为例）写出操作过程如下：（1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端；（2）加入有效的选片信号CS；（3）将待写入的数据加到数据输入端。（3）在 W/R 线上加低电平，进入写工作状态；（4）让选片信号CS无效，I/O端呈高阻态。三 RAM的容量扩展1位扩展用8片1024（1K）1位RAM构成的10248位RAM系统。2字扩展用8片1K8位RAM构成的8K8位RAM。RAM的芯片简介(6116)6116为2K8位静态CMOSRAM芯片引脚排列图：A0A10是地址码输入端，D0D7是数据输出端， 是选片端， 是输出使能端， 是写入控制端。（2）一次性可编程R

7、OM（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。7.2 只读存储器(ROM) 一 ROM的分类按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：（1）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。（5）快闪存储器（Flash Memory）。也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入10000次以上。（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也

8、是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写100万次以上）。二ROM的结构及工作原理1.ROM的内部结构由地址译码器和存储矩阵组成。2. ROM的基本工作原理：由地址译码器和或门存储矩阵组成。例：存储容量为44的ROM二极管固定ROM举例（1）电路组成：由二极管与门和或门构成。与门阵列组成译码器，或门阵列构成存储阵列。（2）输出信号表达式与门阵列输出表达式：（3）ROM存储内容的真值表或门阵列输出表达式

9、：1.作函数运算表电路【例7.21】试用ROM构成能实现函数y=x2的运算表电路，x的取值范围为015的正整数。三 ROM的应用【解】（1）分析要求、设定变量自变量x的取值范围为015的正整数，对应的4位二进制正整数，用B=B3B2B1B0表示。根据y=x2的运算关系，可求出y的最大值是152225，可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。（2）列真值表函数运算表Y7=m12+m13+m14+m15（3）写标准与或表达式Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y3=m3+m5

10、+m11+m13Y1=0Y2=m2+m6+m10+m14(4)画ROM存储矩阵结点连接图为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15【解】 （1）写出各函数的标准与或表达式：按A、B、C、D顺序排列变量，将Y1、Y2、Y4扩展成为四变量逻辑函数。2.实现任意组合逻辑函数【例7.22】试用ROM实现下列函数：（2）选用164位ROM，画存储矩阵连线图：四EPROM举例2764五.ROM容量的扩展（1）字长的扩展（位扩展）现有型号的EPROM，输出多为8位。下图是将两片2764扩展成8k16位EPROM的连线图。用8片2764扩展成

11、64k8位的EPROM：（2）字数扩展（地址码扩展）8-4 可编程逻辑阵列（PLA）一、概述PLD中的连接及与、或运算符号内部存储单元的三种连接方式：固定、擦除及编程二、PLA的工作原理及应用PLA的结构从PROM派生来的，它包含与及或两个都可编程的阵列463PLA4个输入变量6个乘积项3个与或式逻辑函数6个乘积项例8-5 试用PLA实现下列四变量的多输出函数，画出PLA编程简图。解：通过卡诺图圈1法化简得到：则上式为：故可选用463的PLA，得：图中省去了与门和或门，使编程图更为简明例8-6 试用适当的PLA和触发器实现一可变模分频器，当控制变量X=0时，分频模M=5；X=1时，M=7，且在

12、状态Q2Q1Q0=111，输出Z均为1，其余情况均为0，此外，电路还具有异步置位输入SD。作业8.18.98.108.118.20小结2RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。其存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读写存储器。它包含有SRAM和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而DRAM则必需定期刷新。1半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件，它可分为RAM和ROM两大类。3ROM是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。后者又可细分为PROM、EPRO