第七章 半导体存储器.ppt

第七章半导体存储器,7.1概述7.2只读存储器（ROM）7.3随机存储器（RAM）7.4存储器的扩展7.5用存储器实现组合逻辑函数补充：可编程逻辑阵列PLA,第七章半导体存储器,一、存储器定义；二、存储器两个重要性能指标；三、分类及特点；四、存储器与寄存器比较,7.1概述,一、定义：是一种能存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。在计算机及其它数字系统中，正是利用存储器来存储大量的数据、信息、程序等。,二、衡量性能存储器的主要指标,存储容量：存储器存放二进制信息的总位数。,存取速度：从CPU给出有效的存储器地址启动一次存储器读/写操作，到该操作完成所经历的时间快慢。,7.1概述,（1）ROM：正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数据。,优点：电路结构简单，且在断电后数据不丢失。缺点：只适用于存储固定数据。,三、半导体存储器一般按存、取功能分两大类：只读存储器:Read-onlyMemory，简称ROM随机存储器:RandomAccessMemory，简称RAM,（2）RAM：在正常工作时可以随时从任何一个指定地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元。,优点：读写方便，使用灵活。缺点：一旦断电，数据会丢失。,7.1概述,制造工艺：双极型和MOS型两类。,7.1概述,四、存储器与寄存器的不同：因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能象寄存器那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。为了解决这个矛盾，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。,7.1概述,一、ROM的分类及特点;二、ROM的组成框图及各部分作用;三、有关概念;四、ROM电路介绍,7.2只读存储器ROM,一、ROM的分类及特点：掩模ROM：存储器里的数据在制作时已经确定，无法更改。可编程ROM（PROM）：设计人员按照自己的设想将所需内容自行写入PROM而得到所要求的ROM。但PROM的内容一经写入就不能修改了，所以只能写入一次。可擦除可编程的ROM（EPROM）：存储的数据可以擦除重写。用紫外线照射擦除：EPROM或UVE-PROM；用电信号擦除：E2PROM，快闪存储器（Flash-Memory)。,7.2只读存储器ROM,二、ROM的组成框图及各部分作用,n条,2n个输出字数,位数,提高带负载能力；实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。,ROM的存储单元可以是二极管、双极性三极管或MOS管。,7.2只读存储器ROM,三、有关概念,ROM存储容量：存储单元的个数，用M字N位表示；字数（字节数）M：地址译码器的输出端数。若地址输入端数（地址码）为n条，则M=2n；位数（字长）N：数据输出端数，即每次读出数据的个数。例：一ROM，有11位地址（或有11条地址线），8位数据输出端，则该ROM的存储容量为2118,7.2只读存储器ROM,1、掩膜ROM,掩膜ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩膜工艺专门为用户制作的，这种ROM出厂时其内部存储的信息就已经“固化”在里边了，所以也称固定ROM。,四、ROM电路介绍,7.2只读存储器ROM,二极管ROM结构图,组合电路,选中W0，取出0101选中W1，取出1011选中W2，取出0100选中W3，取出1110,字线和位线的每一个交叉点都是一个存储单元，交点处接有二极管时相当于存1，否则存0,7.2只读存储器ROM,用MOS管构成的存储矩阵,7.2只读存储器ROM,2、可编程ROM(PROM),熔丝型PROM的存储单元,特点：出厂时在存储矩阵的所有交叉点上全部存入1，在写入数据时，设法将需要存入0的那些存储单元改存为0即可，一经写入，不能修改。,写入数据时，设法将需要存入0的存储单元上的熔丝烧断即可。,7.2只读存储器ROM,3、可擦除的可编程ROM(EPROM),EPROM：Intel2716（2K8）,特点：结构简单，编程可靠。但擦除操作复杂，速度很慢。,而E2PROM较之EPROM擦除操作简单，速度比较快，但结构相对复杂。,闪存（FlashMemory）也是采用电可擦除的，擦除速度快，其结构简单、编程可靠、集成度也很高。,7.2只读存储器ROM,一、RAM的分类及特点;二、RAM的组成框图；三、有关概念。,7.3随机存储器RAM,一、RAM的分类及特点,静态RAM（SRAM）：SRAM的存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的，因此，它是靠触发器的自保功能存储数据的，只要不断电，数据就能永久保存。,动态RAM（DRAM）：DRAM的存储单元是是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理制成的，即依靠电容存储电荷来存储数据。但由于电容电荷会泄漏，故需要定时给栅极电容补充电荷，即刷新。,基本RS触发器,SRAM与DRAM相比，存储单元所用元件数目多，功耗大，集成度低，但使用方便，在存储容量不是很大的情况下，多采用SRAM。,7.3随机存储器RAM,二、SRAM结构框图,地址线,地址线,字线,位线,字线,1，读操作,0，写操作,7.3随机存储器RAM,SRAM：Intel6116（2K8）,7.3随机存储器RAM,三、有关概念:,存储容量：存储矩阵中包含存储单元的数目,用M字N位表示；字数M：即地址译码器的输出端数，也称字节数；位数N：即输入/输出端数（数据端数），也称字长，指每次读出或写入数据的位数。例：N=1，对应每条字线可读出或写入一位二进制数，这种RAM称为位结构型；N4，对应每条字线可读出或写入大于或等于四位的二进制数，这种RAM称为字结构型。,7.3随机存储器RAM,实例练习,将一个包含有32768个基本存储单元的存储电路设计成4096个字节的RAM，则该RAM有几根数据线？该RAM有几根地址线？有一个容量为2564的RAM，该RAM有多少个基本存储单元？该RAM每次访问几个存储单元？该RAM有多少根地址线？某一SRAM芯片,其容量为10248位,除电源和接地外,该芯片引脚的最小数目是多少?若存储器芯片的容量为128K8位,求:(1)访问该芯片需要多少位地址?(2)假定该芯片在存储器中的首地址为A0000H,末地址应为多少?,（17）,（BFFFFH）,（21或20）,地址线10，输出线8，片选线1，读控制线1，写控制线1(或读写控制线为一条),8,12,1024,4,8,一、位扩展：如果每一片ROM或RAM中的字数够用而位数不够用时，需进行位扩展。扩展方法：将几片ROM或RAM的地址线、读/写线和片选线分别并接后，扩展后的位数即为各片位数的和。例：用8片10241位的RAM接成一个10248位RAM。,7.4存储器容量的扩展,二、字扩展：当位数够用而字数不够用时，需进行字扩展。扩展方法：将各片的地址端、I/O端并接，已有的地址端作为扩展后芯片的低位地址端，扩展出的地址端作为高位地址端，并经过译码器后控制各芯片的片选信号。例：用2568位的RAM扩展为10248位的RAM。,7.4存储器容量的扩展,例题中各片RAM电路的地址分配,三、字位扩展：当字数和位数都不够用时，需先进行位扩展，后进行字扩展。,7.4存储器容量的扩展,用ROM存储器实现,7.5用存储器实现组合逻辑函数,在图中，将输入地址A1A0视为输入变量，而将D3、D2、D1、D0视为一组输出逻辑变量，则D3、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数。,7.5用存储器实现组合逻辑函数,用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：,根据逻辑函数的输入、输出变量数，确定ROM容量，选择合适的ROM。,(2)写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM阵列图。,(3)根据阵列图对ROM进行编程。,7.5用存储器实现组合逻辑函数,例：试用ROM产生如下的一组多输出函数：,解（1）采用4位地址输入，4位数据输出的164位的ROM,7.5用存储器实现组合逻辑函数,(3),Y1m2+m3+m6+m7,Y2m6+m7+m10+m14,Y3m4+m14,Y4m2+m15,与阵列容量为：16X8=128,与阵列容量为：16X4=64,阵列总容量为：12864=192,7.5用存储器实现组合逻辑函数,可编程逻辑阵列（PLA）包含一个与阵列和一个或阵列，二者都是可编程的。,用PLA实现组合逻辑函数的步骤：首先将逻辑函数进行化简，再将化简后的逻辑函数表达式中各乘积项填入逻辑阵列图中。,补充：可编程逻辑阵列（PLA）,解：,乘积项有:,与阵列容量为：6X6=36,或阵列容量为：2X6=12,阵列总容量为：3612=48,补充：可编程逻辑阵列（PLA）,例：试用ROM产生如下的一组多输出函数：,解：,补充：可编程逻辑阵列（PLA）,乘积项有:,与阵列容量为：8X7=56,或阵列容量为：4X7=28,阵列总容量为：5628=84,补充：可编程逻辑阵列（PLA）,【思考题】PLA的与或阵列与ROM的与或阵列有什么区别?2.用PLA如何实现逻辑函数及组合电路。,1.可编程逻辑阵列PLA和PROM相比之下，有如下特点：,（1）PROM是与阵列固定、或阵列可编程，而PLA是与和或阵列全可编程；,（2）PROM与阵列是全译码的形式，而PLA是根据需要产生乘积项，从而减小了阵列的规模；,（