数电7半导体存储器.ppt

第七章半导体存储器 半导体存储器可编程逻辑器件 1半导体存储器 存储器分类 RAM Random AccessMemory ROM Read OnlyMemory 半导体存储器是用来存储大量二值数据的器件 RAM是随机存取存储器 在任意时刻 对任意单元可进行存 取 即 读 写 操作 RAM特点 灵活 程序 数据可随时更改 易失 断电或电源电压波动 会使内容丢失 ROM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 ROM特点 非易失性 信息一旦写入 即使断电 信息也不会丢失 具有非 易失 性特点 常用于存放固定信息 如程序 常数等 编程较麻烦 需用专用编程器 1 1RAM 1 1 1RAM分类 根据存储机理的不同 分为静态RAM SRAM 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MOS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 需要定期给电容充电 这种操作称为再生或刷新 1 1 2RAM的结构 存储矩阵用于存放二进制数 一个单元放一位 排列成矩阵形式 读 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 写入 操作 反之 从存储器中取出信息的过程称为 读出 操作 地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码 以便唯一地选择存储矩阵中的一个存储单元 例如 容量为256 1的存储器 地址译码器 8根列地址选择线 32根行地址选择线 32 8 256个存储单元 译码方式 单译码 双译码 n位地址构成2n条地址线 若n 10 则有1024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码其输出为存储矩阵的行列选择线 由它们共同确定欲选择的地址单元 若给出地址A7 A0 00100001 将选中哪个存储单元读 写 若容量为256 4的存储器 有256个字 8根地址线A7 A0 但其数据线有4根 每字4位 8根列地址选择线 32根行地址选择线 1024个存储单元 若给出地址A7 A0 00011111 哪个单元的内容可读 写 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中的寄存器的个数称为一个字数 寄存器中的存储数据的个数称为一个字长 寄存器的个数 字数 与寄存器中存储单元个数 字长 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1024 1位的RAM 就是一个有1024个1位寄存器的RAM 多字多位结构中 每个寄存器都有多位 例如一个容量为256 4位的RAM 就是一个有256个4位寄存器的RAM 1K 2101M 2201G 230 存储器的容量 1 1 3RAM的扩展 自学 1 字长扩展 D0D1D2D3 D12D13D14D15 位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现 即地址线 读 写线 片选信号对应并联 各芯片的I O口作为整个RAM输入 出数据端的一位 例1用4K 4位的RAM扩展为4K 16位的RAM 2 字数的扩展 例2将8K 8位的RAM扩展为32K 8位的RAM 本节小结 随机存取存储器 RAM 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 与只读存储器ROM相比 RAM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 输出电路和片选控制电路等组成 实际上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 当单片RAM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 1 2 1ROM的特点及分类 ROM Read OnlyMemory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 固定ROM 一旦ROM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 通过编程可以存储数据 但只能改写一次 EPROM 光可擦除可编程存储器 内部采用浮栅技术 通过紫外线或X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 可随时改写 FlashMemory 快闪存储器 擦除和写入分开 写的速度可以达到微秒级 1 2ROM 1 2 2ROM的应用 1 用于存储固定的数据 表格 2 用户程序的存贮 3 构成组合逻辑电路 例1用ROM实现十进制译码显示电路 m0 m1 m2 m9 例2用ROM实现逻辑函数 m0m1m2m3 D0D1D2D3 ROM的简化画法 地址译码器产生了输入变量的全部最小项 存储体实现了有关最小项的或运算 与阵列固定 或阵列可编程 固定连接 断开 编程连接 逻辑表达式 真值表或最小项表达式 1 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 例3用ROM实现组合逻辑函数 2 2 选择ROM 画阵列图 用ROM构成能实现函数y x2的运算表电路 练习 设x的取值范围为0 15的正整数 则对应的是4位二进制正整数 用B B3B2B1B0表示 根据y x2可算出y的最大值是152 225 可以用8位二进制数Y Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示 由此可列出Y B2即y x2的真值表 真值表 逻辑表达式 阵列图 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 2可编程逻辑器件 2 1概述2 2可编程阵列逻辑器件 PAL 简介 2 1概述 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 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计的集成电路 称为专用集成电路 简称ASIC 1 引言 可编程逻辑器件 简称PLD ProgrammableLogicalDevice 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 PLD的集成度很高 足以满足一般数字系统的要求 由PLD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 ABEL VerilogHDL VHDL等语言 2 PLD的电路表示法 乘积项 连接方式 基本门表示法 或项 或门 例2 0 1 L1 全积项 L2 悬浮1 L3 硬线连接 例1 可编程与阵列 固定或阵列 基本的PLD结构 1 PAL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 ABC AB AC BC 全加器 2 2可编程阵列逻辑器件 PAL 简介 2 PAL的逻辑电路图 输入端 输入 输出端 输出三态门 输入缓冲器 可编程与阵列 PAL是70年代末由MMI公司最先推出的一种可编程逻辑器件 3 PAL应用举例 用PAL器件设计一个数值判别电路 要求判别四位二进制数ABCD之大小属于0 5 6 10 11 15三个区间的哪一个区间内 解 设Y0 1表示ABCD的数值在0 5之间 设Y1 1表示ABCD的数值在6 10之间 设Y2 1表示ABCD的数值在11 15之间 则可列真值表如下 写出表达式 卡诺图化简 111111 111