第七章存储器

第七章半导体存储器数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。存储器:用以存储一系列二进制数码的器件。半导体存储器的分类随机存取存储器（RAM—RandomAccessMemory）和只读存储器（ROM—Read-Onlymemory）存储器的容量存储器的容量=字长（n）×字数（m）概念7.1随机存取存储器（RAM）随机存取存储器简称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的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。一、RAM的基本结构存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制1024×4位存储矩阵二、RAM的容量扩展

在实际应用中，经常需要大容量的RAM。在单片RAM芯片容量不能满足要求时，就需要进行扩展，将多片RAM组合起来，构成存储器系统（也称存储体）。1．位扩展

用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。2.字扩展用8片1K×8位RAM构成的8K×8位RAM。7.2只读存储器(ROM)（1）固定ROM。也称掩膜ROM，这种ROM在制造时，厂家利用利用掩膜技术直接把数据写入存储器中，ROM制成后，其存储的数据也就固定不变了，用户对这类芯片无法进行任何修改。（2）一次性可编程ROM（PROM）。PROM在出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要，利用编程器将某些单元改写为0（或1）。PROM一旦进行了编程，就不能再修改了。（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）当外部能源（如紫外线光源）加到EPROM上时，使电路恢复到初始状态，从而擦除了所有写入的信息。这样EPROM又可以写入新的信息。（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM用电擦除的，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。（5）快闪存储器（FlashMemory）。快闪存储器的存储单元也是采用浮栅型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，需要输入一个较高的电压，因此要为芯片提供两组电源。一个字的写入时间约为200微秒，一般一只芯片可以擦除/写入100次以上。二．ROM的结构及工作原理ROM的内部结构电路结构ROM存储矩阵连接图实现任意组合逻辑函数因此从理论上讲，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。试用ROM实现下列函数：

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扩展成为四变量逻辑函数。第八章数模和模数转换器8.1概述8.3模/数转换器8.2数/模转换器

8.1概述计算机模拟信号模拟信号A/DD/AA/D：AnalogtoDigitalD/A：DigitaltoAnalog

8.2数/模转换器(DAC)8.2.2T型电阻网络型8.2.1权电阻网络型8.2.3D/A转换器的主要技术指标8.2.1权电阻D/A转换器

这种转换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。

UR++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115kR=80

k0011

电子模拟开关(S0-S3)由电子器件构成，其动作受二进制数D0-D3

控制。当DK

＝1时，则相应的开关SK

接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中S0、S1）；当Dk＝0时，开关Sk

接到位置0，将相应电流直接接地而不进运放（如图中S2、S3）。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k电子模拟开关的简化原理电路

当D=1时，T2

管饱和导通，T1

管截止，则S与a点通；

当D=0时，T1

管饱和导通，T2

管截止，则S被接地。

前者相当于开关S接到“1”端，后者则相当于开关S接到“0

”端。T1T2SDa1T2Sa0T1SUo

=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根据反相比例运算公式可得：

显然，输出模拟电压的大小直接与输入二进制数的大小成正比，从而实现了数字量到模拟量的转换。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k8.2.2T形解码网络D/A变换器(以4位为例)

由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半.AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICD和权电阻网络相比，T形解码网络中电阻的类型少，只有R、2R两种，电路构成比较方便。UD=URUC=UR/

2UB=UR/4UA=UR/8即：

因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICDI=I3+I2+I1+I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+++=UR16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=URRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo

-AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICD8.2.3D/A转换器的主要技术指标一、分辨率用输入数字量的有效位数来表示分辨率。此外，也可以用D/A转换器能够分辨出来的最小输出电压

(此时输入的数字代码只有最低有效位为1，其余各位都是0)

与最大输出电压

(此时输入的数字代码所有各位全是1)之比来给出分辨率。例如，对一个十位D/A转换器来说，＝210

－1110231＝0.001

二、转换误差转换误差通常用输出电压满刻刻度FSR(FullScaleRange)的百分数表示。例如，给出转换误差为LSB，21这就表示输出模拟电压的绝对误差等于输入数字代码为00…01时输出电压的一半。造成转换误差的原因主要有：参考电压VREF的波动；运算放大器的零点漂移；模拟开关的导通内阻和导通电压；电阻网络中的电阻值偏差；…...为了便于定量地描述D/A转换器的转换速度，定义了建立时间tS

和转换速率

SR两个参数。1.建立时间tS

通常以大信号工作情况下

(输入由全0变为全1或者由全1变为全0)输出电压到达某一规定值所需要的时间定为建立时间tS

。建立时间最短的可达0.1s。这个参数的值越小越好。2.转换速率SR转换速率SR以大信号工作状态下输出模拟电压的变化率表示。

D/A转换器完成一次转换所需要的时间应包括建立时间和上升(或下降)时间两部分，它的最大值为TTR(max)=tS+VO(max)/SR其中VO(max)

为输出电压的最大值。8.3模数转换器(ADC)

8.3.2并联比较型

8.3.3逐次逼近型

8.3.4A/D转换器的主要技术指标

8.3.1A/D转换的一般过程因为输入的模拟量在时间上是连续的，

8.3.1A/D转换的一般过程在A/D转换中，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时只能在一系列选定的瞬间(亦即瞬间坐标轴上的一些规定点)对输入的模拟信号采样，然后再把这些采样值转换为输出的数字量。A/D转换过程应包括：采样、保持、量化、编码这四个步骤。0tui1.采样定理0tui为了保证能从采样信号将原来的被采样信号恢复，必须满足fS>2fimaxfS

：采样频率。

fimax

：ui

的最高频分量的频率。2.量化和编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且，数值大小的变化也是不连续的。这就是说，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。因此，在进行A/D转换时也必须把采样电压化为这个最小单位的整数倍。这个转化过程就叫做“量化”，所取的最少数量单位叫做量化单位，用表示。显然，数字信号最低有效位的1代表的数量大小就等于。把量化的结果用代码(二进制或二－十进制)表示出来，称为“编码”。3.采样－保持电路T+-uouiULR1RFCF当UL为高电平时，MOS管T导通，ui

经电阻R1和管T向电容CF充电。当UL为低电平时，MOS管T截止，忽略各种漏电流，电容CF上的电压得以保持。

8.3.2并联比较型-++-++-++-++-++-++-++uxERRRRRRRRD2D1D0数字输出AGFECDB编码器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8

电路如左图所示，它由三部分组成：

这种A/D变换器的优点是转换速度快，缺点是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。分压器、ERRRRRRRR7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8比较器、和编码器。D2D1D0数字输出AGFECDB编码器+++++++-+-+-+-+-+-+-+ux比较器输出E>ux

>7E/87E/8>ux

>6E/86E/8>ux

>5E/85E/8>ux

>4E/84E/8>ux

>3E/83E/8>ux

>2E/82E/8>ux

>1E/81E/8>ux

>0ABCDEFGD2D0D1编码器输出输入电压ux11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000逻辑状态关系表设待秤重量Wx

=13克，

8.3.3逐次逼近型

其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。

若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。可以用下表步骤来秤量：砝码重暂时结果

结论第一次8克砝码总重<

待测重量Wx

，8克第二次加4克砝码总重仍<

待测重量Wx

，12克第三次加2克砝码总重

>

待测重量Wx

，12克第四次砝码总重＝待测重量Wx

，加1克13克故保留故保留