电子电路第七章

1、2021-12-71数字电路与系统2021-12-72北航 电子信息工程学院第七章、第八章 作业 （第五版）n7.5；7.9；7.11n8.3；8.5数字电路与系统2021-12-73北航 电子信息工程学院n存储器用以存储二进制数码的器件n半导体存储器的分类根据使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAMRandom Access Memory）和只读存储器（ROMRead-Only memory）按照存储机理的不同，RAM又可分为静态RAM和动态RAMn存储器的容量存储器的容量=位数（字长）字数 第七章 半导体存储器数字电路与系统2021-12-74北航 电子信息工程学院7.1

2、只读存储器(ROM)7.2 随机存取存储器（RAM） 7.3 存储器的应用 第七章 半导体存储器数字电路与系统2021-12-75北航 电子信息工程学院n ROM的分类 n ROM的结构及工作原理n ROM容量的扩展 7.1 只读存储器ROM数字电路与系统2021-12-76北航 电子信息工程学院n ROM的分类固定ROM（掩膜ROM）厂家把数据写入存储器中，用户无法进行修改一次性可编程ROM（PROM）出厂时存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程一次光可擦除可编程ROM（EPROM）用浮栅技术生产的可编程存储器，其内容可通过紫外线照射而被擦除电可擦除可编程ROM（E2PROM）

3、采用浮栅技术，其存储单元的是隧道MOS管，可用电擦除，擦除速度快（毫秒量级），兼有ROM和RAM的特性快闪存储器（Flash Memory）采用浮栅型MOS管，电擦除方式，数据写入方式与EPROM类似，擦除/写入速度快，集成度高数字电路与系统2021-12-77北航 电子信息工程学院n ROM的结构及工作原理地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成 数字电路与系统2021-12-78北航 电子信息工程学院ROM示意 0单元1单元i单元单元2 1nWWWWD DD01in2 101b1位线存储单元存储单元.字线输出数据输1AA器.地入址译0n1地码址A.n ROM的结构及工作原理数字电路与系统202

4、1-12-79北航 电子信息工程学院掩膜ROM：二极管ROM电路 二极管与与门二极管或或门n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-710北航 电子信息工程学院工作原理 二极管ROM电路 n ROM的结构及工作原理001100011100导通导通导通导通数字电路与系统2021-12-711北航 电子信息工程学院掩膜ROM：二极管ROM电路 与门阵列输出 010AAW 011AAW 012AAW 013AAW 或门阵列输出 100WWD311WWD3202WWWD313WWDn ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-712北航 电子信息工程学院ROM中的数据 字线和位

5、线的每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，没有接二极管时相当于存0。 交叉点的数目也就是存储单元数。存储器的存储量（或称容量）： “（字数）（位数）”即“224位”。 掩膜ROM：二极管ROM电路 n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-713北航 电子信息工程学院掩膜ROM：用MOS管构成的存储矩阵 字线和位线的每个交叉点上接有MOS管时相当于存1，没有接MOS管时相当于存0。 给定地址代码，译成W0W3中某根字线上的高电平信号，使得这根字线上的MOS管导通，相连的位线为低电平，反相数据输出高电平1。 掩模ROM的特点：出厂时已经固定，不能更改，适合大量

6、生产简单，便宜，非易失性n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-714北航 电子信息工程学院 PROM的结构原理图 熔丝型PROM的存储单元总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同写入时，要使用编程器n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-715北航 电子信息工程学院EPROM（UVEPROM）管叠栅注入MOSMOSInjuctiongateStackedSIMOS)(浮置栅控制栅:fcGG通处正常逻辑高电平下导上未充负电荷，则若导通处正常逻辑高电平下不上充以负电荷，则若工作原理：cfcfGGGGn ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-716北航

7、 电子信息工程学院EPROM（UVEPROM）n ROM的结构及工作原理年）光灯下分钟（阳光下一周，荧紫外线照射空穴对，提供泄放通道生电子“擦除”：通过照射产形成注入电荷到达吸引高速电子穿过宽的正脉冲，上加同时在发生雪崩击穿）间加高压（“写入”：雪崩注入33020502525202,fcGSiOmsVGVSD数字电路与系统2021-12-717北航 电子信息工程学院 电可擦除的可编程ROM（E2PROM）)(管浮栅隧道氧化层采用点擦除慢，操作不便的缺为克服MOSFLOTOXUVEPROMn ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-718北航 电子信息工程学院上电荷经隧道区放电加正脉

8、冲，接放电：fjiCGBWG,0fjCiGBmsVGW电子隧道区接的正脉冲，加充电：01020 ,导通）下，电压（未充电荷时，正常读出截止）下，电压（充电荷后，正常读出工作原理：TVGTVGGCCf33 电可擦除的可编程ROM（E2PROM）n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-719北航 电子信息工程学院 快闪存储器（Flash Memory）为提高集成度，省去T2（选通管），改用叠栅MOS管（类似SIMOS管）快闪存储器存储单元MOS管的源极N+区大于漏极N+区浮栅到P型衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄。 在源极上加一正电压，使浮栅放电，从而擦除写入的数据。由于快闪

9、存储器中存储单元MOS管的源极是连接在一起的，数据擦除是类似EPROM那样整片擦除或分块擦除。 数据写入和读出数据写入和读出方式与E2PROM相同。 数据擦除n ROM的结构及工作原理数字电路与系统2021-12-720北航 电子信息工程学院字数扩展 . .AAOO OCSOE00127OE0AA12DD70O.0.120A7OOEACSOO.0.120A7OOEACSO.AAYYGG00A12G17.Y127642764276474LS138U1U2U8+5VAAA1314152A2B131313138888地址总线数据总线n ROM容量的扩展8片2764扩展成64k8位EPROM 数字电路

10、与系统. .AAOO OCSOE00127OE0AA12DD70O.0.120A7OOEACSOO.0.120A7OOEACSO.AAYYGG00A12G17.Y127642764276474LS138U1U2U8+5VAAA1314152A2B131313138888地址总线数据总线2021-12-721北航 电子信息工程学院8片2764扩展成64k8位EPROM 字数扩展 n ROM容量的扩展数字电路与系统2021-12-722北航 电子信息工程学院n ROM容量的扩展字长的扩展 . .AAOO OCSOE00127.AAOO OCSOE00127CSOEA0A1270DD815DD131

11、31388地址总线数据总线8kB88kB827642764UU12两片2764扩展成8K16位EPROM 数字电路与系统2021-12-723北航 电子信息工程学院n RAM的基本结构 n RAM的存储单元n RAM的容量扩展 7.2 随机存储器RAM数字电路与系统2021-12-724北航 电子信息工程学院n RAM的基本结构读/写存储器，方便读出和随时写入缺点是数据易失 由存储矩阵、地址译码器(分行和列)、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成 RAM结构图 数字电路与系统2021-12-725北航 电子信息工程学院 存储矩阵 寄存器矩阵，用来存储信息 10244位RAM（211

12、4）的存储矩阵 n RAM的基本结构数字电路与系统2021-12-726北航 电子信息工程学院 10244位RAM（2114）的存储矩阵 行地址译码器：行642:683AA列地址译码器：个存储单元从选中行中挑出列，4162:,49210AAAA1, 100YX1, 11563YXn RAM的基本结构 地址译码器 将存储器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元，分行列可减少连线数字电路与系统2021-12-727北航 电子信息工程学院 读/写控制 从多片存储器中选择一片RAM中的一个地址接受CPU访问，使其它RAM芯片处于断开状态 片选控制 RAM的输入/输出控制电

13、路 片选信号 ：当 =0时，RAM工作， =1时，所有I/O端均为高阻状态 读/写控制信号 ： =1 时，执行读操作，将存储单元中的信息送到I/O端上；当 =0时，执行写操作，加到I/O端上的数据被写入存储单元中 CSCSWR/WR/CSn RAM的基本结构WR/数字电路与系统2021-12-728北航 电子信息工程学院分为静态和动态两类 n RAM的存储单元六管NMOS静态存储单元 VCCQQT2T4T1T3Q=1状态断有电荷VCCQQT2T4T1T3Q=0状态断通有电荷&RQQS T1与T2、T3与T4分别构成反相器，两个反相器构成基本触发器，作为数据存储单元数字电路与系统2021

14、-12-729北航 电子信息工程学院行选信号列选信号 T5、T6是门控管，由Xi线控制其导通或截止，用来控制触发器输出端与位线之间的连接状态 T7、T8也是门控管，其导通与截止受Yj线控制，用来控制位线与数据线之间连接状态 分为静态和动态两类 n RAM的存储单元六管NMOS静态存储单元 数字电路与系统2021-12-730北航 电子信息工程学院行选信号列选信号T5、T7导通，存储信息Q被读到I/O线上。写入的信息加在I/O线上，I/O线上信息以及与有其相反的信息经T7、T8 和T5、T6加到触发器的Q端和 端，也就是加在了T3和T1的栅极，从而使触发器触发，即信息被写入。 无效使能有效321

15、, 1/, 0AAAWRCS使能有效无效321, 0/, 0AAAWRCSQ分为静态和动态两类 n RAM的存储单元六管NMOS静态存储单元 读出时： 写入时： 数字电路与系统2021-12-731北航 电子信息工程学院六管CMOS静态存储单元 功耗低 双极型静态存储单元速度快 n RAM的存储单元数字电路与系统2021-12-732北航 电子信息工程学院 动态随机存储器（DRAM）动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理n RAM的存储单元数字电路与系统2021-12-733北航 电子信息工程学院 四管动态MOS存储单元 动态MOS存储单元利用MOS管栅极电容暂时存储信息 T1和

16、T2交叉连接，电荷存储在C1、C2上。当C1充有电荷，C2没有电荷时，T1导通、T2截止，称此时存储单元为0状态；当C2充有电荷，C1没有电荷时，T2导通、T1截止，称此时存储单元为1状态。 T3、T4、 T7和T8是门控管，控制存储单元与位线的连接 T5和T6是对位线的预充电电路，在读操作前对CB充电，读操作时通过CB对栅极电容补充电荷，这种操作称作刷新n RAM的存储单元数字电路与系统2021-12-734北航 电子信息工程学院除了四管外，还有三管和单管动态RAM单元；动态MOS存储单元利用MOS管的栅极电容来存储信息；由于栅极电容的容量很小，而漏电流又不可能绝对等于0，所以电荷保存的时间

17、有限；为了避免存储信息的丢失，必须定时地给电容补充漏掉的电荷，即需要“刷新”或“再生”，因此DRAM内部要有刷新控制电路，其操作也比静态RAM复杂，需要刷新控制电路；由于DRAM存储单元所用元件少，集成度高，功耗低，目前已成为大容量RAM的主流产品。n RAM的存储单元数字电路与系统2021-12-735北航 电子信息工程学院 位（字长）扩展 n RAM的容量扩展8片1024（1K）1位RAM构成的10248位RAM 数字电路与系统2021-12-736北航 电子信息工程学院 字扩展 4片2568位RAM构成的10248位RAM n RAM的容量扩展数字电路与系统2021-12-737北航 电

18、子信息工程学院 字扩展 4片2568位RAM构成的10248位RAM 器件编号地址范围(等效十进制数)RAM(1)00011100 00000000 00 11111111 (0) (255)RAM(2)01101101 00000000 01 11111111 (256) (511)RAM(3)10110110 00000000 10 11111111 (512) (767)RAM(4)11111011 00000000 11 11111111 (768) (1023)各片RAM电路的地址分配0123456789AAAAAAAAAA89AA3210YYYYn RAM的容量扩展数字电路与系统2

19、021-12-738北航 电子信息工程学院 位扩展方法l地址线并联l控制线并联l数据线按高低位排列好n 存储器容量扩展方法 字扩展方法l原有地址线并联l数据线并联l读/写控制线并联l片选信号接扩展地址的译码信号数字电路与系统2021-12-739北航 电子信息工程学院n 用作运算电路 n 实现任意组合逻辑函数 7.3 存储器的应用数字电路与系统2021-12-740北航 电子信息工程学院n 用作运算电路 用ROM构成y=x2运算表电路，x取值范围为 015正整数分析要求、设定变量 自变量x的取值范围为015的正整数，对应的4位二进制正整数，用X=X3X2X1X0表示。根据y=x2的运算关系，可

20、求出y的最大值是152225，可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。列真值表7.3 存储器的应用数字电路与系统2021-12-741北航 电子信息工程学院 用ROM构成y=x2运算电路，x取值范围为 015正整数 n 用作运算电路 Y7=m12+m13+m14+m15 Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15 Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15 Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12 Y3=m3+m5+m11+m13 Y2=m2+m6+m10+m14 Y1=0 Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15 X3 X2 X1 X0

21、 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 N10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 9 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 16 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 25 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 36 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 49 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 64 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 81 1 0 1

22、 0 0 1 1 0 0 1 0 0 100 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 121 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 144 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 169 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 196 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 225 数字电路与系统2021-12-742北航 电子信息工程学院画出ROM存储矩阵连接图 DDDDDDDDAAAABBBB168位ROM输YYYYYYYY000011122233344556677312出输入xy 用ROM构成y=x2运算电路，x取值范围为 015正整数 n 用作

23、运算电路B13B12B11B10m0W0)()(11mWW23WW4W56WW78W9WW10W11W12W1314WW15或或门门阵阵列列阵阵矩矩取取存存（）址址 门门（码码）地地阵阵器器列列与与译译Y76YY5Y4Y3Y2Y10Y为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。数字电路与系统2021-12-743北航 电子信息工程学院 ROM电路的特点 n 实现任意组合逻辑函数与与门阵列实现对输入变量的译码，产生变量的全部最小项或或门阵列完成有关最小项的或或运算 用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：写出逻辑函数的最小项表达式根据逻辑函数的输入、输出变量数目，确定ROM的容量， 选择合适的ROM ，画出ROM的阵列图根据阵列图对ROM进行编程7.3 存储器的应用数字电路与系统2021-12-744北航 电子信息工程学院），（），（），（），（1514131171512963015141110761514985432