第10章数字电路ppt.讲义.ppt

,第十章半导体存储器,本章目标,通过对本章的学习，读者可以具备下述能力：1了解半导体存储器的基本结构、工作原理和用途2了解顺序存储器的结构和工作原理3掌握只读存储器的类型特点、工作原理和应用4掌握随机存储器的类型特点、工作原理和应用5掌握用存储器实现组合逻辑函数,10.1概述,了解半导体存储器的作用、类型与特点,一、半导体存储器的作用,存放二值数据,二、半导体存储器的分类,按制造工艺分类：双极型：工作速度快、功耗大、价格较高。MOS型：集成度高、功耗小、工艺简单、价格低。,10.1.1半导体存储器的特点与应用,例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在ROM中的。计算机接通电源后，首先运行它，对计算机硬件系统进行自检和初始化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常工作。,RAM既能读出信息又能写入信息。它用于存放需经常改变的信息，断电后其数据将丢失。常用于存放临时性数据或中间结果。,例如计算机内存就是RAM,ROM在工作时只能读出信息而不能写入信息。它用于存放固定不变的信息，断电后其数据不会丢失。常用于存放程序、常数、表格等。,2、按存取方式不同，半导体存储器可分成只读存储器ROM、随机存取存储器RAM和顺序存取存储器SAM。,2.存储容量及其表示,用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220,1.存储容量及其表示,指存储器中存储单元的数量,例如，一个648的ROM，表示它有64个字，字长为8位，存储容量是648=512。,对于大容量的ROM常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210；,例如，一个64K8的ROM，表示它有64K个字，字长为8位，存储容量是64K8=512K。,一般用“字数字长(即位数)”表示,10.1.2半导体存储器的主要技术指标,2.存取时间和存取周期,存储器的一次操作(读或写)所需要的时间。称存储器存取访问时间。,了解顺序存取存储器(SAM)的作用,了解顺序存取存储器的电路结构和组成,10.2顺序存取存储器（SAM）,10.2.1先入先出的顺序存取存储器,时钟信号CP的周期为TC，则存储深度为N的SAM完成一次读写需要的时间为T=NTC。,写操作：数据从DI端逐位输入，从D0端输出,读操作：数据从D0输出，同时数据返回到移位寄存器的输入端，实现存储数据的循环移位。,10.2.2先入后出的顺序存取存储器,了解ROM的类型和结构，理解其工作原理,了解集成EPROM的使用,理解字、位、存储容量等概念,10.3只读存储器,按数据写入方式不同分,10.3.1ROM的类型及其特点,写入的数据可电擦除，用户可以多次改写存储的数据。使用方便。,其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。,其存储数据由用户写入。但只能写一次。,写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。,10.3.2ROM的结构和工作原理,一、存储矩阵,由存储单元按字(Word)和位(Bit)构成的距阵,由存储距阵、地址译码器(和输出电路)组成,芯片在制造时就把需要存储的内容用电路结构固定下来，使用时无法再改变。,二极管固定ROM,字线和位线的交叉处代表一个存储单元，有二极管表示存1，否则表示存0。,44位ROM数据表,1.存储矩阵的结构与工作原理,字线与位线的交叉点即为存储单元。,每个存储单元可以存储1位二进制数。,当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线D3D0输出。,1011,1011,从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长，即字长=位数。,W3,1.存储矩阵的结构与工作原理,3.存储单元结构,2.存储单元结构,(1)固定ROM的存储单元结构,(2)PROM的存储单元结构,PROM出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为全1(或全0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为0(或1),这只要将需储0(或1)单元的熔丝烧断即可。,熔丝烧断后不可恢复，因此PROM只能一次编程。,(3)可擦除PROM的存储单元结构,EPROM利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免破坏芯片内信息。E2PROM可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次完成，性能更优越。,用一个特殊的浮栅MOS管替代熔丝。构成EPROM和EEPROM,刚才介绍了ROM中的存储距阵，下面将学习ROM中的地址译码器。,(二)地址译码器,二、地址译码器,从ROM中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字线，使该字内容通过位线输出。,例如，某ROM有4位地址码，则可选择24=16个字。设输入地址码为1011，则字线W11被选中，该字内容通过位线输出。,存储矩阵中存储单元的编址方式,适用于小容量存储器。,适用于大容量存储器。,又称单译码编址方式或单地址寻址方式,1.单地址译码方式,一个n位地址码的ROM有2n个字，对应2n根字线，选中字线Wi就选中了该字的所有位。,328存储矩阵排成32行8列，每一行对应一个字，每一列对应32个字的同一位。32个字需要5根地址输入线。当A4A0给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。,例如，当A4A0=00010时，选中字线W2，可将(0，0)(0，7)这8个基本存储单元的内容同时读出。,基本单元为存储单元,又称双译码编址方式或双地址寻址方式,地址码分成行地址码和列地址码两组,2.双地址译码方式,基本单元为字单元,例如当A7A0=00011111时，X15和Y1地址线均为高电平，字W31被选中，其存储内容被读出。,若采用单地址译码方式，则需256根内部地址线。,256字存储器需要8根地址线，分为A7A4和A3A0两组。A3A0送入行地址译码器，产生16根行地址线(Xi)；A7A4送入列地址译码器，产生16根列地址线(Yi)。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。,10.3.3、集成EPROM举例,27系列EPROM是最常用的EPROM，型号从2716、2732、2764一直到27C040。存储容量分别为2K8、4K8一直到512K8。下面以Intel2716为例，介绍EPROM功能及使用方法。,A10A0为地址码输入端。,D7D0为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。,VCC和GND：+5V工作电源和地。,VPP为编程高电平输入端。编程时加+25V电压，工作时加+5V电压。,一、Intel2716的引脚图及其功能,存储容量为2K字,由于PROM的地址译码器能译出地址码的全部最小项，而PROM的存储矩阵构成了可编程或门阵列，因此，通过编程可从PROM的位线输出端得到任意标准与-或式。由于所有组合逻辑函数均可用标准与-或式表示，故理论上可用PROM实现任意组合逻辑函数。,1.为什么用PROM能实现组合逻辑函数？,10.3.4用PROM实现组合逻辑函数,为了便于用可编程ROM实现组合逻辑函数，首先需要理解可编程ROM结构的习惯画法。,2.PROM结构的习惯画法,3.用可编程ROM实现组合逻辑函数,例试用可编程ROM实现下列逻辑函数,(2)确定存储单元内容,由函数Y1、Y2的标准与-或式知：与Y1相应的存储单元中，字线W1、W4、W5、W6对应的存储单元应为1；,对应m1、m4、m5、m6,与Y2相应的存储单元中，字线W3、W5、W6、W7对应的存储单元应为1。,(3)画出用可编程ROM实现的逻辑图,10.4快闪存储器,快闪存储器(FlashMemory)，简称闪存。它具有EPROM的结构简单、编程可靠的优点，同时又具有E2PROM的在电路中电擦除特性，与E2PROM相比较，集成度有较大幅度的提高。,快闪存储器中的叠栅MOS管和符号,快闪存储器的存储单元,快闪存储器的两种构造形式,NAND闪存的应用主要集中在大容量闪存盘(U盘)的制造方面,NOR闪存主要用来存储程序代码等必须直接按照实际物理地址访问的信息，容量在16MB以下,掌握RAM的类型、结构和工作原理,了解集成RAM的使用,掌握RAM和ROM的异同,10.5随机存取存储器,掌握RAM的扩展方法,10.5.1RAM的结构、类型和工作原理,RAM分类,DRAM存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较慢，且需要刷新及读出放大器等外围电路。,DRAM的存储单元是利用MOS管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。,SRAM存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。,、MOS静态存储单元,当地址码使得Xi和Yj均为高电平时，表示选中该单元，即可以对它进行读写操作。由于数据由触发器记忆，只要不断电，信息就可以永久保存。采用CMOS管，所以静态功耗极小。,由一个门控管T和一个存储信息的电容CS组成。由于分布电容C0CS，所以位线上的读出电压信号很小，需用高灵敏度读出放大器进行放大；且每次读出后必须立即对该单元进行刷新，以保留原存信息。,动态存储单元的结构比静态存储单元简单，可达到更高的集成度；但DRAM不如SRAM使用方便，且存取时间较长。,、MOS动态存储单元,10.5.2集成RAM举例,A0A9为地址码输入端。,4个I/O脚为双向数据线，用于读出或写入数据。,VDD接+5V。,信号与TTL电平兼容。,10.5.3RAM的扩展,、位扩展,、字扩展,增加地址线。,断电保护,3、字位同时扩展,当存储器的字长和字数都不能满足实际应用的要求时，则需要对存储器的字和位同时扩展。,RAM的位、字同时扩展,3.位、字同时进行扩展：根据字和位扩展的原理，将两种方法结合便可实现，一般是先进行位扩展，然后进行字扩展。,位扩展方法如下：1）把若干片位数相同的RAM芯片地址线共用。2）线共用。3）每个RAM片的I/O端并行输出。字扩展方法如下：1）将RAM地址共用，I/O端共用。2）线共用。3）根据需要增加适当的地址线去控制,半导体存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可存储一位二进制数。根据存取功能的不同，半导体存储器分为只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和顺序存取存储器（SAM），ROM和RAM的存储单元结构不同。ROM属于大规模组合逻辑电路，RAM属于大规模时序逻辑电路。,本章小结,ROM用于存放固定不变的数据，存储内容不能随意改写。工作时，只能根据地址码读出数据。断电后其数据不会丢失。ROM有固定ROM(又称掩膜ROM)和可编程ROM之分。固定ROM由制造商在制造芯片时，用掩膜技术向芯片写入数据，而可编程ROM则由用户向芯片写入数据。可编程ROM又分为一次可编程的PROM和可重复改写、重复编程的EPROM和E2PROM。EPROM为电写入紫外擦除型，E2PROM为电写入电擦除型，后者比前者快捷方便。可编程ROM都要用专用的编程器对芯片进行编程。,快闪存储器(FlashMemory)，简称闪存。它具有EPROM的结构简单、编程可靠的优点，同时又具有E2PROM的在电路中电擦除特性，与E2PROM相比较，集成度有较大幅度的提高。NOR闪存通常带有SRAM接口，有足够多的地址引脚，可以直接访问其中的每一个字。NAND闪存采用命令、地址和数据复用的接口形式，NAND闪存采用类似磁盘数据管理的形式来访问。,RAM由存储矩阵、译码器和读/写控制电路组成。它可以读出数据或改写存储的数据，其读、写数据的速度很快。因此