第七章 存储器.ppt

第七章半导体存储器第一节存储器,一、概述存储器是数字系统中用于存储大量二进制信息的部件，可以存放各种程序、数据和资料。半导体存储器按照内部信息的存取方式不同分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类。每个存储器的存储容量为字线位线。,二、只读存储器（ROM）,只读存储器（ROM）有掩膜ROM、可编程ROM、可改写ROM。只读存储器（ROM）是在制造时把信息存放在此存储器中，使用时不再重新写入，需要时读出即可；它只能读取所存储信息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失其中存储内容，故又称固定只读存储器。ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成，如图所示。,ROM框图,每个存储单元中固定存放着由若干位组成的二进制数码称为“字”。为了读取不同存储单元中所存的字，将各单元编上代码称为地址。在输入不同地址时，就能在存储器输出端读出相应的字,即“地址”的输入代码与“字”的输出数码有固定的对应关系。如图所示，它有2n个存储单元，每个单元存放一个字，一共可以存放2n个字；每字有m位，即容量为2nm（字线位线）。,存储体可以由二极管、三极管和MOS管来实现。二极管矩阵ROM如下图所示，W0、W1、W2、W3是字线，D0、D1、D2、D3是位线，ROM的容量即为字线位线，所以图中所示ROM的容量为44=16，即存储体有16个存储单元。,二极管ROM结构图,1.如何读字当地址码A1A0=00时，译码输出使字线W0为高电平，与其相连的二极管都导通，把高电平“1”送到位线上，于是D3、D0端得到高电平“1”，W0和D1、D2之间没有接二极管，故D1、D2端是低电平“0”。这样，在D3D2D1D0端读到一个字1001，它就是该矩阵第一行的字输出。在同一时刻，由于字线W1、W2、W3都是低电平，与它们相连的二极管都不导通，所以不影响读字结果。,当地址码A1A0=01时，字线W1为高电平，在位线输出端D3D2D1D0读到字0111，任何时候，地址译码器的输出决定了只有一条字线是高电平，所以在ROM的输出端只会读到惟一对应的一个字。在对应的存储单元内存入1还是0，是由接入或不接入相应的二极管来决定的。,2.如何实现组合逻辑电路如图下所示，ROM中的地址译码器形成了输入变量的最小项,即实现了逻辑变量的“与”运算；ROM中的存储矩阵实现了最小项的或运算，即形成了各个逻辑函数；与阵列中的垂直线Wi代表与逻辑，交叉圆点代表与逻辑的输入变量；或阵列中的水平线D代表或逻辑，交叉圆点代表字线输入。,根据上式，可画出全加器的ROM阵列图如图所示，Ci-1为低位进位，Ci为本位进位。,例1用ROM实现一位二进制全加器。解全加器的真值表，A、B为两个加数,Ci-1为低位进位，S为本位的和，Ci为本位的进位。可写出最小项表达式为：,全加器真值表,全加器阵列图,例2用ROM实现下列逻辑函数。,解由表达式画出ROM的阵列图如图所示。,三、可编程只读存储器而可编程ROM常称PROM在出厂时，存储体的内容为全0或全1，用户可根据需要将某些内容改写，也就是编程。常用的双极型工艺ROM，采用烧毁熔断丝的方法使三极管由导通变为截止，三极管不起作用，存储器变为“0”信息；而未被熔断熔丝的地方，即表示为“1”信息。PROM只实现一次编写的目的，写好后就不可更改。,四、ROM容量的扩展1.ROM的信号引线如图6.7所示，除了地址线和数据线（字输出线）外，ROM还有地线（GND）、电源线（VCC）以及用来控制ROM工作的控制线为芯片使能控制线（），使能输出控制线称片选线。当=1时，芯片处于等待状态，ROM不工作，输出呈高阻态；当=0时，ROM工作。,如果想对一个ROM芯片反复编程，多次使用，需用可擦除编程ROM即EPROM。常用的MOS工艺制造的EPROM用注入电荷的办法编程，此过程可逆，当用紫外光照射以后，旧内容被擦除。擦除后的芯片内容可能是全1,也可能是全0，视制造工艺而不同，之后可再次编程。,ROM的信号引线,2.ROM容量的扩展一个存储器的容量就是字线与位线（即字长或位数）的乘积。当所采用的ROM容量不满足需要时，可将容量进行扩展。扩展又分为字扩展和位扩展。位扩展（即字长扩展）：位扩展比较简单，只需要用同一地址信号控制n个相同字数的ROM，即可达到扩展的目的。由2561ROM扩展为2568ROM的存储器，如图所示，即将八块2561ROM的所有地址线、（片选线）分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个ROM输出的一位。,ROM位扩展,2568ROM需2561ROM的芯片数为,字扩展：如图所示是由四片10248ROM扩展为40968ROM。图中每片ROM有10根地址输入线，其寻址范围为210=1024个信息单元，每一单元为八位二进制数。这些ROM均有片选端。当其为低电平时，该片被选中才工作；为高电平时，对应ROM不工作,各片ROM的片选端由2线/4线译码器控制；译码器的输入是系统的高位地址A11、A10，其输出是各片ROM的片选信号。,若A11A10=10，则ROM(3)片的有效为“0”，各片ROM的片选信号无效为“1”，故选中第三片，只有该片的信息可以读出，送到位线上，读出的内容则由低位地址A9A0决定，四片ROM轮流工作，完成字扩展。字扩展的方法将地址线、输出线对应连接，片选线分别与译码器的输出连接,ROM字扩展,【思考题】1.存储器有哪几种？它们的存储容量如何计算？2.2568的存储器有多少根地址线、字线、位线？3.存储器进行位扩展、字扩展时如何连接？,第二节随机存取的存储器(RAM),随机存取的存储器RAM可以在任意时刻、任意选中的存储单元进行信息的存入（写）或取出（读）的信息操作。当电源断电时，这种存储器存储的信息便消失。随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读/写控制电路等组成。其容量也为字线位线，同样可以利用I/O（输入/输出）线、R/W（读/写）线及(片选)线来实现容量的扩