存储器康华光PPT学习教案

1、会计学1存储器康华光存储器康华光概述概述半导体存贮器半导体存贮器能存放大量二值信息的半导体器件。能存放大量二值信息的半导体器件。可编程逻辑器件是一种通用器件，其逻辑功能是由用户通过对器件的编程来设定的。它具有集成度高、结构灵活、处理速度快、可靠性高等优点。可编程逻辑器件是一种通用器件，其逻辑功能是由用户通过对器件的编程来设定的。它具有集成度高、结构灵活、处理速度快、可靠性高等优点。存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标取快速度取快速度存储时间短存储时间短存储数据量大存储数据量大存储容量大存储容量大第1页/共36页7.1 只读存储器只读存储器7.1 .1 ROM的的 定义与基本结构定义与基本结

2、构7.1.2 两维译码两维译码7.1.3 可编程可编程ROM7.1.4 集成电路集成电路ROM7.1.5 ROM的读操作与时序图的读操作与时序图7.1.6 ROM的应用举例的应用举例第2页/共36页存储器存储器 RAM (Random-Access Memory) ROM(Read-Only Memory)RAM(随机存取存储器随机存取存储器): 在运行状态可以随时进行读或写操作。在运行状态可以随时进行读或写操作。 存储的数据必须有电源供应才能保存存储的数据必须有电源供应才能保存, 一旦掉电一旦掉电, 数据全部丢失。数据全部丢失。ROM(只读存储器只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。在正

3、常工作状态只能读出信息。 断电后信息不会丢失，常用于断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）存放固定信息（如程序、常数等）。固定固定ROM可编程可编程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(Static RAM)：静态：静态RAMDRAM(Dynamic RAM)：动态动态RAM7.1 只读存储器只读存储器第3页/共36页几个基本概念：几个基本概念：存储容量存储容量(M)：存储二值信息的总量。：存储二值信息的总量。字数字数：字的总量。：字的总量。字长字长（位数）：表示一个信息多位二进制码称为一个字，（位数）：表示一个信息多位二进制码称为一个字， 字的位数称为字长。字的位数

4、称为字长。存储容量存储容量(M)字数字数位数位数地址地址：每个字的编号。：每个字的编号。字数字数=2n （n为存储器外部地址线的线数）为存储器外部地址线的线数） Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行 地地 址址 译译 码码 器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 第4页/共36页 只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。(Read-Only Memory)ROM的分类的分类按写入情况划分按写入情况划分 固定固定ROM可编程可编程ROMPROMEPR

5、OME2PROM按存贮单元中器件划分按存贮单元中器件划分 二极管二极管ROM三极管三极管ROMMOS管管ROM7.1 .1 ROM的的 定义与基本结构定义与基本结构第5页/共36页存储矩存储矩阵阵 地址译码器地址译码器地址地址输入输入7.1.1 ROM的定义与基本结构的定义与基本结构数据输出数据输出控制信号输入控制信号输入输出控制电路输出控制电路地址译码器地址译码器存储矩阵存储矩阵输出控制电路输出控制电路第6页/共36页1) ROM（二极管（二极管PROM）结构示意图结构示意图 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线- -

6、4 线线 译译码码器器 存储存储矩阵矩阵位线位线字线字线输出控制电路输出控制电路M=4 4地址译码器地址译码器第7页/共36页 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线- -4 线线 译码器译码器 字线与位线的交点都是一个字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有二极管存储单元。交点处有二极管相当存相当存1 1，无二极管相当存，无二极管相当存0 0当当OE=1时输出为高阻状态时输出为高阻状态000101111101111010001101地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容当当OE=0时时第8页/共36页 A6 A7

7、 A4 A5 D0 +VDD R R R R Y0 Y1 Y14 Y15 4线线 | 1 16 6线线 译译码码器器 1 16 6 线线-1线线数数据据选选择择器器 A2 A3 A0 A1 A2 A3 A0 A1 S2 S3 S0 S1 I0 I1 I14 I15 Y 字线字线存储存储矩阵矩阵位线位线字线与位线的交点都是一个存储单元。字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有交点处有MOS管相当存管相当存0，无，无MOS管相当存管相当存1。7.1.2 两维译码两维译码该存储器的容量该存储器的容量=?第9页/共36页7.1.3 可编程可编程ROM（256X1位位EPROM）256个存储单元排成个

8、存储单元排成16 16的矩阵的矩阵行译码器从行译码器从16行中选出要读的一行行中选出要读的一行列译码器再从选中的一行存储单元中选出要读的一列的一个存储单元。列译码器再从选中的一行存储单元中选出要读的一列的一个存储单元。如选中的存储单元的如选中的存储单元的MOS管的浮栅注入了电荷，该管截止，读得管的浮栅注入了电荷，该管截止，读得1；相反读得；相反读得0第10页/共36页7.1.4 集成电路集成电路ROM D7 D0 PGM 输输出出缓缓冲冲器器 Y 选选通通 存存储储阵阵列列 CE OE 控控制制逻逻辑辑 Y 译译码码 X 译译码码 A16 A0 VPP GND VCC AT27C010 128

9、K 8位位ROM 第11页/共36页 CEOEPGM工作模式工作模式A16 A0VPPD7 D0读读00XAiX数据输出数据输出输出无效输出无效X1XXX高阻高阻等待等待1XXAiX高阻高阻快速编程快速编程010AiVPP数据输入数据输入编程校验编程校验001AiVPP数据输出数据输出第12页/共36页7.1.5 ROM的读操作与时序图的读操作与时序图（2）加入有效的片选信号）加入有效的片选信号CEOE（3）使输出使能信号）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；CEOE（4）让片选信号）让片选信号 或输出使能信号或输出使能信

10、号 无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端； tCE tAA 读读出出单单元元的的地地址址有有效效 CE tOE OE D7 D0 数数据据输输出出有有效效 tOZ tOH A16 A0 第13页/共36页（1） 用于存储固定的专用程序用于存储固定的专用程序（2） 利用利用ROM可实现查表或码制变换等功能可实现查表或码制变换等功能 查表功能查表功能 查某个角度的三角函数查某个角度的三角函数 把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址

11、内的数据，这称为把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为 “造表造表”。使用时，根据输入的地址。使用时，根据输入的地址(角度角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表查表”。 码制变换码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。7.1.6 ROM的应用举例的应用举例第14页/共36页CI3 I2 I1 I0二进制码O3O2O1O0格雷码CI3 I2 I1 I0格雷码O3O2O1O0二进制码00 0 0 00

12、 0 0 010 0 0 00 0 0 000 0 0 10 0 0 110 0 0 10 0 0 100 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 100 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0 1 000 1 0 00 1 1 010 1 0 00 1 1 100 1 0 10 1 1 110 1 0 10 1 1 000 1 1 00 1 0 110 1 1 00 1 0 000 1 1 10 1 0 010 1 1 10 1 0 101 0 0 01 1 0 011 0 0 01 1 1 101 0 0 11 1 0 111 0 0 11 1 1 001 0 1 01

13、 1 1 111 0 1 01 1 0 001 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 101 1 0 01 0 1 011 1 0 01 0 0 001 1 0 11 0 1 111 1 0 11 0 0 101 1 1 01 0 0 111 1 1 01 0 1 101 1 1 11 0 0 011 1 1 11 0 1 0用用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路实现二进制码与格雷码相互转换的电路 第15页/共36页C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0)二进制码O3O2O1O0(D3D2D1D0)格雷码C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0) 格雷

14、码O3O2O1O0(D3D2D1D0)二进制码00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0 000 0 0 10 0 0 110 0 0 10 0 0 100 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 100 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0 1 000 1 0 00 1 1 010 1 0 00 1 1 100 1 0 10 1 1 110 1 0 10 1 1 000 1 1 00 1 0 110 1 1 00 1 0 000 1 1 10 1 0 010 1 1 10 1 0 101 0 0 01 1 0 011 0 0 01 1 1 101 0 0

15、11 1 0 111 0 0 11 1 1 001 0 1 01 1 1 111 0 1 01 1 0 001 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 101 1 0 01 0 1 011 1 0 01 0 0 001 1 0 11 0 1 111 1 0 11 0 0 101 1 1 01 0 0 111 1 1 01 0 1 101 1 1 11 0 0 011 1 1 11 0 1 0C=A4I3 I2 I1 I0=A3A2A1A0O3O2O1O0=D3D2D1D0第16页/共36页 A4 A3 A2 A1 C I3 I2 I1 ROM D1 D2 D3 D4 CE OE A

16、0 I0 O3 O2 O1 O0 用用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路实现二进制码与格雷码相互转换的电路 第17页/共36页7.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）7.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器(SRAM)7.2.2 同步静态随机存取存储器（同步静态随机存取存储器（SSRAM）7.2.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展7.2.3 动态随机存取存储器动态随机存取存储器第18页/共36页7.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM） I/O 电电路路 I /O0 OE An-1 WE I /Om-1 CE A0 Ai Ai+1 存存储储 阵阵 列列 行行译译码

17、码 列列 译译 码码 7.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器(SRAM)1 SRAM 的本结构的本结构CE OE WE =100高阻高阻CE OE WE =00X输入输入CE OE WE =010输出输出CE OE WE =011高阻高阻第19页/共36页SRAM 的工作模式的工作模式 工作模式工作模式 CE WE OE I /O0 I /Om-1 保持保持(微功耗微功耗) 1 X X 高阻高阻 读读 0 1 0 数据输出数据输出 写写 0 0 X 数据输入数据输入 输出无效输出无效 0 1 1 高阻高阻 第20页/共36页 T8 T7 VDD VGG T6 T1 T4 T2 T5

18、T3 Yj (列列选选择择线线) Xi (行行选选择择线线) 数数据据线线 数数据据线线 D D 位位线线 B 位位线线 B 存存储储单单元元 1. RAM存储单元存储单元 静态静态SRAM(Static RAM)双稳态存储单元双稳态存储单元电路电路列存储单元公用的门列存储单元公用的门控制管，与读写控制电路相接控制管，与读写控制电路相接Yi 1时导通时导通本单元门控制管本单元门控制管:控控制触发器与位线的制触发器与位线的接通。接通。Xi =1时导通时导通来自列地址译码来自列地址译码器的输出器的输出来自行地址译码来自行地址译码器的输出器的输出第21页/共36页 T8 T7 VDD VGG T6

19、T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列列选选择择线线) Xi (行行选选择择线线) 数数据据线线 数数据据线线 D D 位位线线 B 位位线线 B 存存储储单单元元 1. RAM存储单元存储单元 静态静态SRAM(Static RAM)T5、T6导通导通T7 、T8均导通均导通Xi =1Yj =1触发器的输出与数据线接通，该单元通过数据线读取数据。触发器的输出与数据线接通，该单元通过数据线读取数据。触发器与位线接通触发器与位线接通第22页/共36页 tAA 读出单元的地址有效 tRC tOHA 地址 输出数据 上一个有效数据 数据输出有效 tLZOE CE OE 数据输出 数据输出有效 tH

20、ZCE tHZOE tDOE tLZCE tACE tRC 高阻 （a）（b） 3. SRAM的读写操作及时序图的读写操作及时序图读操作时序图读操作时序图第23页/共36页3.SRAM的写操作及时序图的写操作及时序图写操作时序图写操作时序图 tHD tSD 地址有效 tWC 地址 CE 数据 输入数据有效 tAW tSA tSCE tHA WE tSA tHD tSD 地址有效 tWC 地址 CE 数据 输入数据有效 tAW tHA WE 第24页/共36页 A1 A0 输输入入 寄寄存存器器 I /O OE WE CE 地地址址 寄寄存存器器 丛丛发发控控制制逻逻辑辑 D1 D0 Q1 Q0

21、 读读写写控控制制逻逻辑辑 A CP ADV 存存储储阵阵列列 地地址址译译码码 输输入入驱驱动动 输输 出出 放放 大大 A1 A0 写写地地 址址寄寄 存存器器 数数据据选选择择器器 7.2.2 同步静态随机存取存储器同步静态随机存取存储器（SSRAM）SSRAM是一种高速是一种高速RAM。与。与SRAM不同不同, SSRAM的读写操作是在时钟脉冲节拍控制下完成的。的读写操作是在时钟脉冲节拍控制下完成的。第25页/共36页 A1 A0 输输入入 寄寄存存器器 I /O OE WE CE 地地址址 寄寄存存器器 丛丛发发控控制制逻逻辑辑 D1 D0 Q1 Q0 读读写写控控制制逻逻辑辑 A

22、CP ADV 存存储储阵阵列列 地地址址译译码码 输输入入驱驱动动 输输 出出 放放 大大 A1 A0 写写地地 址址寄寄 存存器器 数数据据选选择择器器 寄存地址线上的地址寄存地址线上的地址寄存要写入的寄存要写入的数据数据ADV=0:普通模式读写普通模式读写ADV=1:丛发模式读写丛发模式读写WE =0:写操作写操作 =1:读操作读操作 WE寄存各种使能控制信号，生成最终的寄存各种使能控制信号，生成最终的内部读写控制信号；内部读写控制信号；2 2位二进制计数位二进制计数器器, , 处理处理A1A0第26页/共36页ADV=0:普通模式读写普通模式读写 C P A 1 A 2 A 3 A 4

23、A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 W E A D V C E A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 O (A 1) O (A 4) O (A 7) I (A 8) O (A 2) O (A 3) I (A 5) I (A 6) I/O 片片选选无无效效=0:写操作写操作WE=1:读操作读操作WE普通模式读写模式普通模式读写模式:在每个时钟有效沿锁存输入信号在每个时钟有效沿锁存输入信号,在一个时钟周期内在一个时钟周期内,由内部电路完成数据的读由内部电路完成数据的读(写写)操作。操作。读读A1地址地址单元单元数据数据I/O输输出出A1数据数据;开始开始读读A2数据数据I/O输输

24、出出A2数据数据;开始开始读读A3 数据数据I/O输输出出A6数据数据;开始开始读读A7数据数据开始开始读读A4地址地址单元单元数据数据I/O输输入入A5数据数据;开始开始写写A6数据数据I/O输输出出A4数据数据;开始开始写写A5数据数据,第27页/共36页 CP A1 A2 A3 WE ADV CE A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 O(A1) O(A2+1O(A2) I (A3) O(A1+1) O(A1+2O(A2+2) O(A2+3) O(A2) I (A3+1) I/O 读读A2地址地址单元单元数据数据丛发丛发模式模式读读A2+1中的中的数据数据丛发丛发模式模式读

25、读A2+2中的中的数据数据丛发丛发模式模式读读A2+3中的中的数据数据丛发丛发模式模式重新重新读读A2中的中的数据数据 ADV=1:丛发模式读写丛发模式读写丛发模式读写模式：在有新地址输入后丛发模式读写模式：在有新地址输入后,自动产生后续地址进行读写操作自动产生后续地址进行读写操作,地址总线让出地址总线让出读读A1地址地址单元单元数据数据丛发丛发模式模式读读A1+1中的中的数据数据丛发丛发模式模式读读A1+2中的中的数据数据第28页/共36页在由在由SSRAM构成的计算机系统中，由于在时钟有效沿到来时，地址、数据、控制等信号被锁存到构成的计算机系统中，由于在时钟有效沿到来时，地址、数据、控制等

26、信号被锁存到SSRAM内部的寄存器中，因此读写过程的延时等待均在时钟作用下，由内部的寄存器中，因此读写过程的延时等待均在时钟作用下，由SSRAM内部控制完成。此时，系统中的微处理器在读写内部控制完成。此时，系统中的微处理器在读写SSRAM的同时，可以处理其他任务，从而提高了整个系统的工作速度。的同时，可以处理其他任务，从而提高了整个系统的工作速度。 SSRAM的使用特点：的使用特点：第29页/共36页 1、动态存储单元及基本操作原理、动态存储单元及基本操作原理 T 存储单元存储单元写操作写操作:X=1 =0WET导通，电容器导通，电容器C与位线与位线B连通连通 输入缓冲器被选通，数据输入缓冲器

27、被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元经缓冲器和位线写入存储单元 如果如果DI为为1，则向电容器充电，则向电容器充电，C存存1;反之电容器放电反之电容器放电,C存存0 。 - 刷新刷新R行选线行选线XOD读读/写写WEID输出缓冲器输出缓冲器/灵敏放大器灵敏放大器刷新缓冲器刷新缓冲器输入缓冲输入缓冲器器位位线线B7.2.3 动态随机存取存储器动态随机存取存储器第30页/共36页读操作读操作:X=1 =1WET导通，电容器导通，电容器C与位线与位线B连通连通 输出缓冲器输出缓冲器/灵敏放大器被选通，灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出中存储的数据通过位线和缓冲器输出 T /

28、刷新刷新R行选线行选线XODWEID输出缓冲器输出缓冲器/灵敏放大器灵敏放大器刷新缓冲器刷新缓冲器输入缓冲器输入缓冲器位位线线B每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。进行刷新。第31页/共36页7.2.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展 位扩展可以利用芯片的并联方式实现。位扩展可以利用芯片的并联方式实现。CEA11A0WED0 D1 D2 D3WECEA0A114K4位位I/O0 I/O1 I/O2 I/O3D12

29、 D13 D14 D15CEA0A114K4位位I/O0 I/O1 I/O2 I/O3WE1. 字长（位数）的扩展字长（位数）的扩展-用用4K4位的芯片组成位的芯片组成4K16位的存储系统。位的存储系统。第32页/共36页7.2.4 RAM存储容量的扩展存储容量的扩展2. 字数的扩展字数的扩展用用用用8K8位的芯片组成位的芯片组成32K8位的存储系统。位的存储系统。RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1212CE1芯片数芯片数=4=4RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1212CE1RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1212CE1RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1212CE1系统地址线数系统地址线数=15=15系统系统:A0 A14 A13 A14?2000H2001H2002H3FFFH 4000H400H4002H5FFFH 6000H6001H6002H7FFFH 0000H0001H0002H1FFFH芯片芯片: