第八章大规模集成电路复习课程

第八章大规模集成电路大规模集成电路是指集成度达到每片包含1000个元件（或等效100个门）以上的集成电路，而超超大规模的集成电路，每片元件数可达百万个。大规模集成电路的集成度高，包含了很多组合逻辑电路和时序逻辑电路，形成了具有复杂逻辑功能的数字系统。大规模集成电路的种类很多，按其应用角度可以分为两大类：一类为通用形，如各种形号的存储器、微处理器；另一类属于专用形，只能在少数设备中使用。1大规模集成电路从制造工艺的角度，也可以分为两大类:一类为双极型，另一类是MOS型大规模集成电路应用大规模集成电路后，可以有效地提高电子设备的性能，可以大大减少设备的体积和重量，降低功耗本章节主要介绍组成大规模集成电路蝗基本单元电路,它们是组成各种大规模集成器件的基础.2第一节动态移位寄存器和顺序存取存储器(SAM)在第六章中介绍的移位寄存器属于静态移存器,由于它的功耗和占用基片面积都相当大,不适合于大规模集成,这一节讨论适合大规模集成的动态移存器.动态移存器利用MOS管的栅极和基片之间的输入电容来暂存信息,在充电后,即使去掉输入信号,电容中的信号不会马上放掉,至少可以维持几毫秒.故必须在移位脉冲不断作用下,才能长久保存信息.所以它只能在动态中运用,故称之为动态移存器.3第二节随机存取存储器（RAM）

随机存取存储器又叫随机读/写存储器，简称RAM，指的是可以从任意选定的单元读出数据，或将数据写入任意选定的存储单元。

优点：读写方便，使用灵活。

缺点：掉电丢失信息。

分类：SRAM（静态随机存取存储器）

DRAM（动态随机存取存储器）5

RAM的结构和读写原理

（1）RAM的结构框图图8-1RAM的结构框图I/O端画双箭是因为数据即可由此端口读出，也可写入6

①存储矩阵共有28（＝256）行×24（＝16）列共212（＝4096）个信息单元（即字）每个信息单元有k位二进制数（1或0）存储器中存储单元的数量称为存储容量（＝字数×位数k）。

7

②地址译码器

行地址译码器：输入8位行地址码，输出256条行选择线（用x表示）

列地址译码器：输入4位列地址码，输出16条列选择线（用Y表示）8③读写控制电路

当R/W

=0时，进行写入(Write)数据操作。当R/W=1时，进行读出(Read)数据操作。

9

图8-2RAM存储矩阵的示意图

2564（256个字，每个字4位）RAM存储矩阵的示意图。如果X0＝Y0＝1，则选中第一个信息单元的4个存储单元，可以对这4个存储单元进行读出或写入。

10(2)RAM的读写原理（以图8－1为例）当CS=０时，RAM被选中工作。若

A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000表示选中列地址为A11A10A9A8=0000、行地址为A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存储单元。此时只有X0和Y0为有效，则选中第一个信息单元的k个存储单元，可以对这k个存储单元进行读出或写入。

11若此时R/W＝1，则执行读操作，将所选存储单元中的数据送到I/O端上。若此时R/W=0时，进行写入数据操作。当CS=1时，不能对RAM进行读写操作，所有端均为高阻态。12

RAM的存储单元按工作原理分为：

静态存储单元：利用基本RS触发器存储信息。保存的信息不易丢失。

动态存储单元：利用MOS的栅极电容来存储信息。由于电容的容量很小，以及漏电流的存在，为了保持信息，必须定时给电容充电，通常称为刷新。13图8-2-3所示为用6只N沟道增强型MOS管组成的静态单元,其中T1~T2管组成RS触发器,T5~T6管为门控管,作为模拟开关使用,以控制触发器的Q端、Q端与位线Bj、B之间的联系。现在分析它的工作原理：如果Xi=Xj=1,则该存储单元被选中（i~j）存储单元。由于Xi=Yi=1，则T5，T6，T7，T8等均导通。当的时，进行写数工作。由于R/W=1，则进行读数工作。此时门G1、G2禁止，门G3工作，该单元的存储数据经数据线通过门G3由I/O输出数据。

一.六管静态存储单元14二.动态存储单元15三.RAM容量的扩展1.1024*4位RAM图8-2-7为1024*4位RAM的结构框图,其中4096个存储单元排列成64*64矩阵,10位地址码分成两组译码,A4~A9,6位地址码加到行地址译码器上,其译码器的输出为X0~X63,从64行存储单元中选出指定的一行,另外4位地址码加到列地址译码器,其输出为Y0~15,再从已选中的一行里选出要进行读/写的4个存储单元.162.位扩展法位扩展（即字长扩展）：将多片存储器经适当的连接，组成位数增多、字数不变的存储器。方法：用同一地址信号控制n个相同字数的RAM。返回17例：将256×1的RAM扩展为256×8的RAM。将8块256×1的RAM的所有地址线和CS（片选线）分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个RAM输出的一位。18256×8RAM需256×1RAM的芯片数为：图8-10RAM位扩展

将256×1的RAM扩展为256×8的RAM193.

字扩展法将多片存储器经适当的连接，组成字数更多，而位数不变的存储器。例：由1024×8的

RAM扩展为4096×8的RAM。共需四片1024×8的RAM芯片。

1024×8的RAM有10根地址输入线A9～A0。

4096×8的RAM有12根地址输入线A11～A0。选用2线-4线译码器，将输入接高位地址A11、A10，输出分别控制四片RAM的片选端。

20

图8-11RAM字扩展

由1024×8的RAM扩展为4096×8的RAM21字位扩展例：将1024×4的RAM扩展为2048×8RAM。位扩展需2片芯片，字扩展需2片芯片，共需4片芯片。字扩展只增加一条地址输入线A10，可用一反相器便能实现对两片RAM片选端的控制。字扩展是对存储器输入端口的扩展，位扩展是对存储器输出端口的扩展。

22图8-12RAM的字位扩展

将1024×4