计算机导论 411—存储器-计算机辅助电路ppt课件

1、4.11 存储器新编电类专业计算机基础 4.11.1 只读存储器只读存储器ROM 4.11.3 随机访问存储器随机访问存储器 4.11.4 数据的存与取数据的存与取 目目 录录 4.11.2 ROM128存储器实验存储器实验 4.11.5 数据输入与显示电路数据输入与显示电路 4.11.7 地址输入电路地址输入电路 4.11.8 SRAM实验实验 目目 录录 4.11.6 数据与地址输入控制电路数据与地址输入控制电路存储器概念存储器概念 光盘光盘 硬盘硬盘 U盘盘 在计算机系统中用来存储大量数据的器件叫存储器。在计算机系统中用来存储大量数据的器件叫存储器。存储器分类存储器分类 按存储介质分类按

2、存储介质分类 磁表面存储器磁表面存储器u 硬磁盘硬磁盘u 软磁盘软磁盘u 磁带磁带光盘存储器光盘存储器u CDu DVD半导体存储器半导体存储器u 只读存储器只读存储器u ROMu 随机存取存储随机存取存储u 器器RAMu 随机存取存储器随机存取存储器RAM( Random Access Memory)正常工作：正常工作：RAM能读能写能读能写断电后：断电后：RAM中数据全部丢失中数据全部丢失u 只读存储器只读存储器ROM( Read-Only Memory)正常工作：正常工作：ROM只读只读断电后：数据可长久保存断电后：数据可长久保存半导体存储器半导体存储器 u 只读存储器只读存储器ROM(

3、 Read-Only Memory)正常工作：正常工作：ROM只读只读 断电后：数据可长久保存断电后：数据可长久保存 u 随机存取存储器随机存取存储器RAM( Random Access Memory)正常工作：正常工作：RAM能读能写能读能写 断电后：断电后：RAM中数据全部丢失中数据全部丢失 数数 据据数据数据总线总线半导体存储器组成半导体存储器组成 、I/OI/O控制电路控制电路地址输入地址输入字选字选 通信号通信号控制信号输入控制信号输入地址译码器地址译码器I/O控制电路控制电路存储阵列存储阵列M列列N行行存储器基本结构存储阵列存储阵列存储阵列组成存储阵列组成 存储阵列由大量的存储单元

4、组成。存储阵列由大量的存储单元组成。每个存储单元中能存放每个存储单元中能存放位二值数据位二值数据(0,1)。排列成排列成N行行M列矩阵列矩阵形式。形式。M个存储单元称为一个个存储单元称为一个字，字，M称为字长。称为字长。M列列N行行共共N个字，为寻找不同个字，为寻找不同的字，必须给每个字一的字，必须给每个字一个编码，称为地址。个编码，称为地址。0 x010 x020 x030 x040 x050 x060 x070 x080 x090 x0A0 x0B地址地址1 0 0 1 1 0 1 01 1 0 0 1 1 1 10 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0 0 1 1 10 0 1 0

5、1 0 0 11 0 1 0 0 1 1 00 0 1 1 1 0 0 11 0 1 1 0 0 1 00 1 0 0 1 0 1 11 0 0 0 1 0 0 10 1 1 0 1 0 1 1地址译码器作用地址译码器作用 地址译码器的作用就是将输入的二进制地址编码译成相应的字地址译码器的作用就是将输入的二进制地址编码译成相应的字选通信号，从存储矩阵中选出指定的字输入输出。选通信号，从存储矩阵中选出指定的字输入输出。1 0 0 1 1 0 1 01 1 0 0 1 1 1 10 0 1 1 0 0 0 01 1 1 0 0 1 1 10 0 1 0 1 0 0 11 0 1 0 0 1 1 0

6、0 0 1 1 1 0 0 11 0 1 1 0 0 1 00 1 0 0 1 0 1 11 0 0 0 1 0 0 10 1 1 0 1 0 1 1M列列N行行地址输入地址输入字选字选 通信号通信号0 x010 x020 x030 x040 x050 x060 x070 x080 x090 x0A0 x0B地址地址(0100)B 二进制地址位数二进制地址位数n与存储矩阵中字的个数与存储矩阵中字的个数N满足关系式满足关系式N=2n。地址0 x04被选中4位二进制地址译码器地址译码器I/O控制电路作用控制电路作用 N行行数数据据数据数据总线总线地址输入地址输入字选字选 通信号通信号控制信号输入控

7、制信号输入地址译码器地址译码器存储阵列存储阵列M列列存储器基本结构I/O控制电路控制电路 通常都包含三态缓冲器，通常都包含三态缓冲器，以便与计算机系统的数据总以便与计算机系统的数据总线连接。线连接。数据总线数据总线 EN1 A1 A2 An ENn EN2 三态门缓冲器当存储器中有数据输出时，三当存储器中有数据输出时，三态缓冲器打开，有足够能力驱态缓冲器打开，有足够能力驱动数据总线。动数据总线。没有数据输出时，输出高阻态，没有数据输出时，输出高阻态，以免影响数据总线。以免影响数据总线。I/O控制电路控制电路0 1 0 1101 4.11.1 只读存储器只读存储器ROM 4.11.3 随机访问存

8、储器随机访问存储器 4.11.4 数据的存与取数据的存与取 目目 录录 4.11.2 ROM128存储器实验存储器实验编程器编程器编写程序编写程序ROM作用作用10 0 1 0101010 传统的传统的ROM一般是用来存放计算机程序的，计算机上电后自动将一般是用来存放计算机程序的，计算机上电后自动将ROM中的程序读出来运行，计算机断电后程序不丢失。中的程序读出来运行，计算机断电后程序不丢失。ROM存储程序存储程序110110 ROM中的程序一般由专用的装置写入的如编程器），程序一旦被写中的程序一般由专用的装置写入的如编程器），程序一旦被写入，在正常工作下不能被随意改写。入，在正常工作下不能被随

9、意改写。+5VOED7 D6D5D4 D3D2D1D0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0A1A23-8线线译码器译码器ROM结构结构位线位线字线字线存储单元由字线与位线存储单元由字线与位线交叉处二极管构成。交叉处二极管构成。存储阵列存储阵列地址输入地址输入三态输出三态输出控制电路控制电路数据输出数据输出存储阵列为存储阵列为88矩阵，矩阵，即有即有8个字，每个字长个字，每个字长为为8位。位。地址译码器的二进制地地址译码器的二进制地址输入为址输入为3位位A0、A1、A2，8个字选通输出个字选通输出Y0Y7。8个字，至少需个字，至少需3位二进位二进制地址输入。制地址输入。8位位123456788个

10、字个字ROM读操作读操作10001111111+5VOED7 D6D5D4 D3D2D1D0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0A1A23-8线线译码器译码器位线位线字线字线存储阵列存储阵列地址输入地址输入三态输出三态输出控制电路控制电路数据输出数据输出 Y0、Y2Y7输出高电平，输出高电平，与其相连接二极管均不导与其相连接二极管均不导通 ， 对 输 出 无 影 响 。通 ， 对 输 出 无 影 响 。 Y1输出低电平，与其相输出低电平，与其相连二极管均导通，相应连二极管均导通，相应位线变为低电平，未与位线变为低电平，未与Y1跨接二极管位线保持跨接二极管位线保持 高电平。高电平。010010

11、10101101 01使能使能字线与位线交叉处相当于一个存储单元，此处若跨接二极管相当于存字线与位线交叉处相当于一个存储单元，此处若跨接二极管相当于存储一个储一个1，否则存储，否则存储0。存储器容量存储器容量 存储阵列存储阵列 N行行M列列存储器容量字数字存储器容量字数字长，即长，即MN。单位：单位：K、M、G。1K=210=1024 bit(位位)1M=220=1024K1G=230=1024M如：如：MN= 88=64bit(位位) 4.11.1 只读存储器只读存储器ROM 4.11.3 随机访问存储器随机访问存储器 4.11.4 数据的存与取数据的存与取 目目 录录 4.11.2 ROM

12、128存储器实验存储器实验ROM128存储器原理图 1、2片片74HC138译码器级联译码器级联成成4-16线译码器线译码器2、2片片74HC125 构建成可以存放构建成可以存放16个字节的个字节的ROM128存储器存储器 3、128个个IN4148二极管二极管 等效为等效为 ROM128存储器工作原理 通过短路片将矩阵电路中的二极通过短路片将矩阵电路中的二极管连接时，则字线与位线交叉处管连接时，则字线与位线交叉处相当于一个存储单元相当于一个存储单元1、短路环连接，存储、短路环连接，存储0；2、短路环断开，存储、短路环断开，存储1。ROM128存储器工作原理 0000 011111111111

13、1111 与与Y0相连的所有二极管导通，相相连的所有二极管导通，相应的位线变为低电平，未与应的位线变为低电平，未与Y0跨跨接二极管的位线保持高电平。接二极管的位线保持高电平。假设仅短路假设仅短路Y0与与D0交叉处二极管交叉处二极管1111111011111110假设仅在假设仅在Y0与与D0交叉处连接二极交叉处连接二极管，若输出使能控制信号管，若输出使能控制信号 OE=0，则输出则输出1111 1110B。多输入输出组合逻辑电路实验实验实验步骤步骤1、连线；、连线；注意注意A9实验区的连接：实验区的连接：先连接先连接JPR4，然后将，然后将JPR3与实验大板上的与实验大板上的Vcc与与GND用杜

14、邦线分用杜邦线分别连接以接通电源。别连接以接通电源。多输入输出组合逻辑电路实验实验实验步骤步骤1、连线；、连线；2、对、对ROM128编程，示例详见表编程，示例详见表4.23；插上短路器连接二极插上短路器连接二极管相当于存储一个管相当于存储一个0，否则存储否则存储1多输入输出组合逻辑电路实验实验实验步骤步骤1、连线；、连线；2、对、对ROM128编程，示例详见表编程，示例详见表4.23；3、拨动开关、拨动开关KA0 KA3，通过，通过LED的显示状态找到对应的关系。的显示状态找到对应的关系。例：拨动例：拨动KA0KA3使使A3A0输入输入1101，根据，根据ROM128中存储的数据，中存储的数

15、据，LED显示状态如图中显示状态如图中所示。所示。101110110000LED流水灯实验 实验步骤实验步骤1、连线；、连线；2、对、对ROM128编程，参照编程，参照表表4.24；3、按键、按键S7、S8、S9，分别，分别实现清零、实现清零、LED流水灯流水灯步进和快速显示。步进和快速显示。注意，使用按键注意，使用按键S9时，可时，可通过通过JP23调整调整LED流水灯流水灯的速度。的速度。 4.11.1 只读存储器只读存储器ROM 4.11.3 随机访问存储器随机访问存储器 4.11.4 数据的存与取数据的存与取 目目 录录 4.11.2 ROM128存储器实验存储器实验随机存取存储器分类

16、随机存取存储器分类 u 静态静态RAM(SRAM)存储单元由锁存器存储单元由锁存器(或触发器或触发器)构成，有构成，有2个稳定状态来存储个稳定状态来存储1位二值信息，只要不断电所存储的数据就可以长期保存，位二值信息，只要不断电所存储的数据就可以长期保存，因此也称它为静态的。因此也称它为静态的。u 动态动态RAM(DRAM)存储单元是靠内部寄生电容充放电来记忆信息，电容充有电荷存储单元是靠内部寄生电容充放电来记忆信息，电容充有电荷为逻辑为逻辑1，不充电为逻辑，不充电为逻辑0，而电容是会漏电的，因此需要外部，而电容是会漏电的，因此需要外部电路进行刷新操作才能确保数据不丢失，因此称它为动态的。电路进

17、行刷新操作才能确保数据不丢失，因此称它为动态的。特点：特点：SRAM基本结构基本结构存储阵列存储阵列地地址址译译码码器器I/O控制电路控制电路+A0A1An-1CEWEOEI/O0I/Om-1、I/OI/O控制电路控制电路SRAM结构框图结构框图n 属于时序属于时序n 逻辑电路逻辑电路 n 可读可写可读可写 存储单元是由锁存器存储单元是由锁存器(或触发器或触发器)构成构成SRAM结构框图结构框图SRAM基本结构基本结构存储阵列存储阵列地地址址译译码码器器I/O控制电路控制电路+A0A1An-1CEWEOEI/O0I/Om-1 n位二进制地址线位二进制地址线 m位双向数据线位双向数据线 总容量：

18、总容量：2nm 片选信号片选信号 写使能写使能信号输入信号输入 输出使能输出使能 信号输入信号输入 = 0时，时，RAM才能进行正才能进行正 常的读写操作，否则三态缓冲常的读写操作，否则三态缓冲器均为高阻，器均为高阻，SRAM不工作，不工作，功耗极低。功耗极低。CESRAM特性特性SRAM结构框图结构框图存储阵列存储阵列地地址址译译码码器器I/O控制电路控制电路+A0A1An-1CEWEOEI/O0I/Om-1CE WE OE1I/O0 I/Om-1功能描述功能描述00010101高阻高阻数据输出数据输出数据输入数据输入高阻高阻不工作不工作读读写写地址移码地址移码输入输入输出输出SRAM特性表

19、特性表缺点：存储单元管子数目多，成本高，集成度受到限制，因此目前在计算机系缺点：存储单元管子数目多，成本高，集成度受到限制，因此目前在计算机系 统中统中SRAM基本上只用于基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存，仅内部的一级缓存以及内置的二级缓存，仅 有少量的网络服务器以及路由器上能够使用有少量的网络服务器以及路由器上能够使用SRAM。优点：性能好、速度快。优点：性能好、速度快。 4.11.1 只读存储器只读存储器ROM 4.11.3 随机访问存储器随机访问存储器 4.11.4 数据的存与取数据的存与取 目目 录录 4.11.2 ROM128存储器实验存储器实验IS62C256AL

20、 随机存储器简介随机存储器简介 没有数据就没有计算机，所以数据的存放和读取是计算机操作的关键。没有数据就没有计算机，所以数据的存放和读取是计算机操作的关键。 256Kbit(比特比特) 容量容量 8条条:D0D7 数据线数据线中文名称：集成芯片解决方案公司中文名称：集成芯片解决方案公司 英文全称：英文全称：Integrated Silicon Solution, Inc 15条条:A0A14 地址线地址线 CE、OE、WE 控制线控制线数据的存放数据的存放 为了便于更好地理解存储器的工作方式，我们可将存储器设想成一个为了便于更好地理解存储器的工作方式，我们可将存储器设想成一个有许多相同房间的大

21、楼，每个房间存放的都是数据。有许多相同房间的大楼，每个房间存放的都是数据。房间是如何存房间是如何存放数据的放数据的？一条数据线一条数据线 事实上，存储器的数据是通过数据线上的事实上，存储器的数据是通过数据线上的2种电平状态来实现的，即种电平状态来实现的，即0(低电平低电平)和和1(高电平高电平)，除此以外的状态对电路来说都是没有任何意义。，除此以外的状态对电路来说都是没有任何意义。0数据线数据线1单个房间单个房间M个存储单元个存储单元 （字长）（字长） 多条数据线多条数据线 单个房间单个房间 要存放大于要存放大于1以上的数字时，只需要增加数据线的数目就可以。以上的数字时，只需要增加数据线的数目

22、就可以。数据线数据线01000111如：如：8条数据线，就能表示条数据线，就能表示28即即256种不同状态，也就是说一个种不同状态，也就是说一个“房房间间”(字长字长)一次只能放进或取出一次只能放进或取出0255中的任何一个数据。中的任何一个数据。0255“房间地址码房间地址码2#3#4#5#6#7#8#1# 每个每个“房间都有编号，也就是说房间都有编号，也就是说每个房间都有它的地址，以方便寻找。每个房间都有它的地址，以方便寻找。那么，为了了能够准确地找到存放或取那么，为了了能够准确地找到存放或取出数据的不同出数据的不同“房间即字，则需要先房间即字，则需要先给每个给每个“房间编排一个可以按照一

23、定房间编排一个可以按照一定规律方便找到的地址码，也就是地址线规律方便找到的地址码，也就是地址线的作用。的作用。 一条地址线一条地址线 2#3#4#5#6#7#8#1#地址线地址线01 同样，一条地址线只有两种状态同样，一条地址线只有两种状态0和和1，也就只能区分，也就只能区分2个房间。因个房间。因此要增加可寻房间数量，也要通过增加地址线数目来实现。此要增加可寻房间数量，也要通过增加地址线数目来实现。多条地址线多条地址线 2#3#4#5#6#7#8#1#地址线地址线01 同样，一条地址线只有两种状态，也就只能区分同样，一条地址线只有两种状态，也就只能区分2个房间。因此要个房间。因此要增加可寻房间

24、数量，也要通过增加地址线数目来实现。增加可寻房间数量，也要通过增加地址线数目来实现。 23，可寻，可寻8个房间个房间 结论分析结论分析 2#3#4#5#6#7#8#1#p 数据线个数决定了每个数据线个数决定了每个“房间能房间能够存放数字大小范围，如够存放数字大小范围，如8条数据线，就条数据线，就决定此决定此“房间能存放数据为房间能存放数据为28 = 256，即即0 255数字中任何一个。数字中任何一个。 p 地址线个数决定了可寻地址线个数决定了可寻“房间数房间数量，如量，如3条地址线，就决定可寻房间个数条地址线，就决定可寻房间个数为为23 = 8个。个。IS62C256AL 存储器读写原理图存

25、储器读写原理图10987654325242123226120A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A1412131516171819D0D1D2D3D4D5D6D711WEOECE27225V5V5VIS62C256ALKA0KA1KA14KD0KD1KD7C10104C10104S9WRS8RD8条数据线：每个存储条数据线：每个存储“房房间有间有8个存储单元，即字个存储单元，即字长。长。15条地址线：可寻找条地址线：可寻找215个 地 址 数 ， 即 可 编 排个 地 址 数 ， 即 可 编 排32768个数据存储个数据存储“房间房间地址。地址。存储容量存储容量83

26、2768=2561024即即256Kb=32KB在计算机中，在计算机中，“b表示表示bit，即位；，即位；“B表示表示Byte，字节，即，字节，即8bit(位位) IS62C256AL 存储器读写原理图存储器读写原理图10987654325242123226120A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A1412131516171819D0D1D2D3D4D5D6D711WEOECE27225V5V5VIS62C256ALKA0KA1KA14KD0KD1KD7C10104C10104S9WRS8RDKA0KA14为地址输入开为地址输入开关，闭合时，对应地址线关，闭合时，

27、对应地址线上输入为逻辑上输入为逻辑1，断开时则，断开时则为为0，这，这15个开关的闭合个开关的闭合或断开状态决定了存储器或断开状态决定了存储器 的操作地址。的操作地址。KD0KD7为数据开关，为数据开关，其闭合或断开的状态决定其闭合或断开的状态决定了 操 作 存 储 的 数 据 。了 操 作 存 储 的 数 据 。5VKA14IS62C256AL 存储器读写原理图存储器读写原理图当按下当按下WR键时，将由数键时，将由数据开关据开关KD0KD7所产生的所产生的数 据 写 入 由 地 址 开 关数 据 写 入 由 地 址 开 关KA0KA14所产生的地址所产生的地址 存 储存 储 “ 房 间房 间

28、 ” 。当按下当按下RD键时，将由地址键时，将由地址开关开关KA0KA14所确定的所确定的地址存储地址存储“房间的电平房间的电平数据反应在存储器数据反应在存储器D0D7数据线上。数据线上。10987654325242123226120A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A1412131516171819D0D1D2D3D4D5D6D711WEOECE27225V5V5VIS62C256ALKA0KA1KA14KD0KD1KD7C10104C10104S9WRS8RD在在RDRD键按下时，数据开关键按下时，数据开关KD0-KD7KD0-KD7必须全部断开。必须全部断开

29、。 CE片选，为片选，为1时，禁止器时，禁止器件工作，反之则选中该器件工作，反之则选中该器 件。件。 4.11.5 数据输入与显示电路数据输入与显示电路 4.11.7 地址输入电路地址输入电路 4.11.8 SRAM实验实验 目目 录录 4.11.6 数据与地址输入控制电路数据与地址输入控制电路数据读写控制数据读写控制10987654325242123226120A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A1412131516171819D0D1D2D3D4D5D6D711WEOECE27225V5V5VIS62C256ALKA0KA1KA14KD0KD1KD7 C10

30、104C10104S9WRS8RD存储器读写原理图存储器读写原理图111当当WR键按下时，由数键按下时，由数据开关据开关KD0KD7产生产生数据。数据。数据输入数据输入(写数据写数据)000 101当当RD键按下时，数据键按下时，数据开关开关KD0KD7必须断必须断开。开。数据输出数据输出(读数据读数据)在数据输出时怎么样保证在数据输出时怎么样保证KD0KD7完全断开，避免总线冲突。完全断开，避免总线冲突。数据输入电路可控电可控电子开关子开关显示存储器数据总显示存储器数据总线上当前数据状态线上当前数据状态手动数据手动数据输入开关输入开关存储器数存储器数据线据线写使能写使能EN=0） 写使能有效

31、时，同步打开写使能有效时，同步打开74HC125，KD0KD7接入接入总线，数据被写入到存储总线，数据被写入到存储器相应的地址中。器相应的地址中。111111111111111111111111 00000000数据输入电路读使能读使能EN=1） 写使能有效时，同步打开写使能有效时，同步打开74HC125，KD0KD7接入接入总线，数据被写入到存储总线，数据被写入到存储器相应的地址中。器相应的地址中。当数据输入完成，读使能，当数据输入完成，读使能，同步关闭同步关闭74HC125，此时，此时不管不管KDi开关输入为高电平开关输入为高电平或低电平，则输出或低电平，则输出 均为高均为高阻态，从而保证

32、手动数据阻态，从而保证手动数据输入输入KD0KD7及时退出总及时退出总线控制。线控制。 11111111 1111111100000000 4.11.5 数据输入与显示电路数据输入与显示电路 4.11.7 地址输入电路地址输入电路 4.11.8 SRAM实验实验 目目 录录 4.11.6 数据与地址输入控制电路数据与地址输入控制电路数据输入电路数据输入电路 如何灵活控制如何灵活控制 使能信号线，以保证总线不发生读写冲突使能信号线，以保证总线不发生读写冲突 EN三态缓冲隔离器，三态缓冲隔离器，EN为读写使能信号线为读写使能信号线5VR4710KR4810KS1READS1WRITE74HC007

33、4HC00(74HC125)END25写状态指示写状态指示R45470数据与地址输入控制电路的作用数据与地址输入控制电路的作用基本基本RS触发器触发器u 当数据输入完成后，只要按下当数据输入完成后，只要按下S1(READ)“读使能键，即可禁止读使能键，即可禁止74HC125三态三态门工作，从而保证手动输入电路及时退出总线控制，将存储器的操作交给其它控门工作，从而保证手动输入电路及时退出总线控制，将存储器的操作交给其它控制电路。制电路。01 110隔离切换开关隔离切换开关三态门打开三态门打开01隔离切换开关隔离切换开关三态门禁止三态门禁止110u 当需要手动输入数据时，只要按下当需要手动输入数据

34、时，只要按下S2(WRITE)“写使能键，即可打开写使能键，即可打开74HC125三态门让出全部总线，供手动电路进行数据输入操作；三态门让出全部总线，供手动电路进行数据输入操作；结结 论论 控制电路的主要功能控制电路的主要功能就是区分就是区分2 2套电路套电路( (输输入入/ /输出电路输出电路) )的有效的有效状态状态 ，通过一个基，通过一个基本本RSRS触发器电路避免触发器电路避免总线的读写冲突。总线的读写冲突。 4.11.5 数据输入与显示电路数据输入与显示电路 4.11.7 地址输入电路地址输入电路 4.11.8 SRAM实验实验 目目 录录 4.11.6 数据与地址输入控制电路数据与

35、地址输入控制电路地址线数目确定地址线数目确定存储阵列存储阵列M列列N行行0 x010 x020 x030 x040 x050 x060 x070 x080 x090 x0A0 x0B地址地址11个地址空间，至少需要个地址空间，至少需要4根地址线才能满足其全部寻根地址线才能满足其全部寻址空间址空间2416,寻址范围为寻址范围为015 11，满足，满足11个地址空个地址空间要求。间要求。为什么要地址产生电为什么要地址产生电 路路 地址产生电路地址产生电路存储阵列存储阵列M列列N行行0 x010 x020 x030 x040 x050 x060 x070 x080 x090 x0A0 x0B地址地址

36、地址产生源地址产生源 对于一颗对于一颗CPU芯片或者计算机系统来说，它都有一个最大寻址空间的芯片或者计算机系统来说，它都有一个最大寻址空间的指标，但最大寻址空间并不等于必须的寻址空间，计算机使用多少寻址空间指标，但最大寻址空间并不等于必须的寻址空间，计算机使用多少寻址空间是由计算机的程序指令决定的，所以对计算机的程序实验来讲，只要满足其是由计算机的程序指令决定的，所以对计算机的程序实验来讲，只要满足其具体实验要求的寻址空间就足够了，所以具体实验要求的寻址空间就足够了，所以8位计数器对其相关电路的实验已位计数器对其相关电路的实验已经完全够用了，选择计数器做地址数据的产生是因为计算机对存储器的操作

37、经完全够用了，选择计数器做地址数据的产生是因为计算机对存储器的操作也是以计数器的方式进行的。也是以计数器的方式进行的。计数器产生地址信息计数器产生地址信息地址输入电路 地址码输出地址信息显示地址产生 4.11.5 数据输入与显示电路数据输入与显示电路 4.11.7 地址输入电路地址输入电路 4.11.8 SRAM实验实验 目目 录录 4.11.6 数据与地址输入控制电路数据与地址输入控制电路SRAM实验电路各部分组成实验电路各部分组成EN SRAM实验电路组成 数据输入数据输入电路电路 地址输入地址输入电路电路 控制电路控制电路 SRAM读写读写电路电路 A0 A7D0 D7SRAM实验过程

38、1向向SRAM写入数据：写入数据：参照参照“程序清单程序清单4.1将将8位二进制数据写入存储器位二进制数据写入存储器中中2从从SRAM读出数据：读出数据：将二进制数据从存储器将二进制数据从存储器I读出，并在数据显示器上显示读出，并在数据显示器上显示 SRAM实验流程简图 接通电源接通电源按下按下S2，LED2点亮点亮地址开关全拨为地址开关全拨为0，ADDR全灭全灭数据开关全拨为数据开关全拨为0，DATA全灭全灭按下按下S11，将数据写入对应地址，将数据写入对应地址重复上面三个步骤，拨号其它重复上面三个步骤，拨号其它地址和数据地址和数据向向SRAM写入数据写入数据从从SRAM读出数据读出数据按下

39、按下S1，LED2熄灭熄灭将地址开关全拨为将地址开关全拨为0按下按下S10键键在在DATA显示器上读到先前输显示器上读到先前输入的数据入的数据重复上面三个步骤，校验其它重复上面三个步骤，校验其它地址对应的数据地址对应的数据4.12 计算机系统辅助电路新编电类专业计算机基础4.12.1 键盘消抖键盘消抖 4.12.3 振荡电路振荡电路 4.12.2 复位电路复位电路 目目 录录 计算机信息输入方式计算机信息输入方式 人是通过人机界面向计算机发出指令，而人工输入则是计算机人机界人是通过人机界面向计算机发出指令，而人工输入则是计算机人机界面的重要组成部分。面的重要组成部分。0110001010100

40、1010100触摸触摸摄像摄像声音声音 按键按键 按键输入按键输入 按键是最常用、最便捷的一种计算机信息输入的方式。按键是最常用、最便捷的一种计算机信息输入的方式。键盘键盘（a单触点按键单触点按键12（b双触点按键双触点按键132 按键抖动？按键抖动？抖动产生原因抖动产生原因 K 单触点按键的无消抖电路单触点按键的无消抖电路+EYR1 10K“0”“1”理想效果理想效果+E0V未按下时未按下时为高电平为高电平刚释放时刚释放时出现抖动出现抖动刚按下时刚按下时出现抖动出现抖动按下稳定按下稳定后为低电平后为低电平实际效果实际效果 由于按键本身的机械特性和人手指的不稳定性等综合因素，致使按由于按键本身

41、的机械特性和人手指的不稳定性等综合因素，致使按键刚按下的瞬间产生了抖动。键刚按下的瞬间产生了抖动。窄脉冲干扰窄脉冲干扰 刚释放时刚释放时出现抖动出现抖动 多个窄脉冲干扰：宽度一般可达毫秒，若加在相对高速的多个窄脉冲干扰：宽度一般可达毫秒，若加在相对高速的数字电路中将会产生很大的影响，比如若将这个电路作为计数字电路中将会产生很大的影响，比如若将这个电路作为计数器的手动数器的手动CPCP脉冲输入，则按一次键会产生无法预计的多个脉冲输入，则按一次键会产生无法预计的多个计数。计数。输入输入输出输出V1V2EY0B关系曲线关系曲线u 当当B由由0V2时，时，u 输出输出Y变为低变为低v 当当B由由V2V

42、1时，时，v 输出输出Y变为高变为高w 回差电压：回差电压：V2-V1特点：特点： 抗干扰能力很强，常用于波形整形、变换抗干扰能力很强，常用于波形整形、变换施密特反相器工作原理施密特反相器工作原理 输入输入电路符号电路符号输出输出常见消抖方法常见消抖方法 阻阻 容容 消消 抖抖1RS触发器消抖触发器消抖2延延 时时 消消 抖抖3Y最终输出最终输出刚释放时刚释放时出现抖动出现抖动刚按下时刚按下时出现抖动出现抖动+EKR110K阻容消抖阻容消抖-解决方法解决方法(1) 单触点按键的无消抖电路单触点按键的无消抖电路 阻容消抖电路阻容消抖电路 Y C 0.1FR2 100施密特施密特反相器反相器+E0

43、VA:AB整形前阻容整形前阻容消抖输出消抖输出整形后阻容整形后阻容消抖输出消抖输出输出抖输出抖动波形动波形B:V2V1B:Y:按键断开：按键断开： 电容充满电，电容充满电，A A、B B输出输出“1”“1”，Y Y输出输出“0”“0”按键按下：按键按下： A A点为点为0V0V，C C通过通过R2R2对地放电，对地放电，B B点电位缓慢下降，若出现抖点电位缓慢下降，若出现抖动时，动时，B B点也不会立刻上升为点也不会立刻上升为+E+E，而是缓慢上升。此时放电时，而是缓慢上升。此时放电时间间 充电时间充电时间按键释放：按键释放： A A、B B点电位上升，点电位上升，C C又开始充电且充电时间又

44、开始充电且充电时间 放电时间。若出放电时间。若出现抖动时，现抖动时，B B点也不会立刻下降到点也不会立刻下降到0V0V，而是缓慢上升到，而是缓慢上升到+E+E1、2端端接触抖动接触抖动v t1-t2时间内，时间内，K被按下且在被按下且在 端出端出现抖动，现抖动， 始终为始终为1，则输出，则输出Q保持不保持不变。变。SdRdyt3-t6时间内，无论时间内，无论 端如何抖动、端如何抖动、为低、为高，为低、为高， 使终为使终为1，输出，输出Q保持低保持低电平不变。电平不变。RdSdz t6时刻，时刻，K与端与端3分离且刚与端分离且刚与端2接触，接触，此时此时 ,则输出则输出Q立即翻转为立即翻转为高电

45、平。高电平。Sd=0、Rd=1 w t2-t3时间内，时间内，K与端与端2彻底分离，但彻底分离，但未与端未与端3接触，接触， ，输出，输出Q仍保持仍保持为高。为高。RdSd= =1Rdxt3时刻，时刻，K与端与端3刚接触，刚接触， 出现短暂出现短暂低电平，低电平， 、 ，输出，输出Q立即翻转立即翻转为低电平。为低电平。Sd=1Rd=0 t6之后，从按键之后，从按键K在端在端2的抖动到的抖动到 持续为低及持续为低及 ，均使输出，均使输出Q保持高保持高电平。电平。SdRd=1 0011111101010001111010101*1001*000Qn+1Qn坚持坚持坚持坚持置置0置置0置置1置置1约

46、束约束约束约束 功能描述功能描述SdRdKR1 10KG1G2QQRdSd+ER2 10K1230RS触发器消抖触发器消抖-解决方法解决方法(2)开关电路开关电路RS触发器消抖触发器消抖Sd:Q:Rd:Q:t1t2 t3t4 t5 t6Y输出输出输出输出u t1时刻之前，时刻之前，K未按下，未按下，1、2接通，接通，u 、 ，则，则Q=1。Sd=0Rd=10101011、2端端释放抖动释放抖动1、3端端接触抖动接触抖动1、3端端释放抖动释放抖动延时消抖延时消抖-解决方法解决方法(3) 单触点按键的无消抖电路单触点按键的无消抖电路+EKR 110KY+E0VY:td启动延时启动延时停止延时停止延

47、时软件消抖：软件消抖： 延时延时tdtd时间后再判断按键是否仍然按下，若仍按下，时间后再判断按键是否仍然按下，若仍按下，则本次按键有效；否则本次按键无效。则本次按键有效；否则本次按键无效。4.12.1 键盘消抖键盘消抖 4.12.3 振荡电路振荡电路 4.12.2 复位电路复位电路 目目 录录 复位电路的作用复位电路的作用 在现代数字及计算机系统中，都存在有触发器电路。在现代数字及计算机系统中，都存在有触发器电路。G1G2QQRdSd触发器触发器RSRS） 输入输入输出状态输出状态不定不定上电上电 输出输出 所以若要使数字设备或计算机正常工作，在上电时必须要使所以若要使数字设备或计算机正常工作

48、，在上电时必须要使系统中所有触发器的输出处于指定的高或低状态。系统中所有触发器的输出处于指定的高或低状态。 能使设备在刚上电时，且电源电压稳定后，自能使设备在刚上电时，且电源电压稳定后，自动产生一个具有一定宽度的高或低电平的脉冲信号。动产生一个具有一定宽度的高或低电平的脉冲信号。常见复位电路常见复位电路RC复位电路复位电路1集成复位电路集成复位电路2随着电容随着电容c充电，充电，Vc不断上升不断上升+ER 低电平复位原理图低电平复位原理图C VccRSTGNDCPUVcRC复位电路复位电路-低电平复位低电平复位电源电源RC复位复位Vc不能突变，不能突变，保持低电平保持低电平电容两电容两端电压端

49、电压Vc E t 低电平复位波形低电平复位波形0VrCPU复复位电压位电压CPU复复位时间位时间 Vc上升至电源电压，上升至电源电压，CPU开始正常工作开始正常工作条件：只要选择合适的条件：只要选择合适的R R和和C C，VcVc就可以在就可以在CPUCPU复位电压以下持复位电压以下持续足够时间使续足够时间使CPUCPU复位。复位。总结：相当于在总结：相当于在CPUCPU上电时，自动产生一个一定宽度的低电平上电时，自动产生一个一定宽度的低电平脉冲信号，使脉冲信号，使CPUCPU复位。复位。 +EVccRSTGNDCPURC复位电路复位电路-高电平复位高电平复位电源电源RC复位复位高电平复位波形

50、高电平复位波形VRE t 0VrCPU复复位电压位电压CPU复复位时间位时间 VR降低至降低至0V，CPU则正常工作则正常工作条件：只要选择合适的条件：只要选择合适的R R和和C C，VRVR就可以在就可以在CPUCPU复位电压以上持复位电压以上持续足够时间使续足够时间使CPUCPU复位。复位。总结：相当于在总结：相当于在CPUCPU上电时，自动产生一个一定宽度的高电平脉上电时，自动产生一个一定宽度的高电平脉冲信号，使冲信号，使CPUCPU复位。复位。C R 低电平复位原理图低电平复位原理图高电平复位原理图高电平复位原理图VRVR= E电源电压电源电压电阻两电阻两端电压端电压电容两端电压成指电

51、容两端电压成指数规律上升数规律上升电容两端电压仍然电容两端电压仍然为为0，不能突变，不能突变RC复位电路练习复位电路练习+EVccRSTGNDCPUC R VCD该复位电路适用于高电该复位电路适用于高电平复位还是低电平复位？平复位还是低电平复位？v试述复位原理，画出上试述复位原理，画出上电时电时VcVc波形？波形？w试述二极管试述二极管D D的作用。的作用。p 当电源电压消失时为当电源电压消失时为电容电容C C提供一个迅速放电提供一个迅速放电的回路，使的回路，使RESETRESET端迅速端迅速回零，以使下次上电时回零，以使下次上电时CPUCPU能可靠复位。能可靠复位。D处流过电流远大处流过电流

52、远大于于R处流过电流处流过电流 经验之谈经验之谈 复位电路在电路设计中非常重要，复位电路在电路设计中非常重要，存储器上电丢失数据。存储器上电丢失数据。如果如果CPU的复位电路设计得不合理将的复位电路设计得不合理将会导致会导致CPU严重死机，并且影响与严重死机，并且影响与CPU有关的外围器件的稳定性，比如有关的外围器件的稳定性，比如重点提示重点提示 RC复位电路复位电路Vc E t RC低电平复位波形低电平复位波形0CPU复复位电压位电压CPU复复位时间位时间Vr 由于由于RCRC复位电路是靠电复位电路是靠电容充放电实现复位电平的产容充放电实现复位电平的产生，而电容充放电速度较慢，生，而电容充放

53、电速度较慢，所 产 生 的 信 号 不 陡 峭 。所 产 生 的 信 号 不 陡 峭 。 在电源频繁上、下电过在电源频繁上、下电过程中就有可能产生不正确的程中就有可能产生不正确的复位信号。因此在许多要求复位信号。因此在许多要求较严格的场合就不能使用较严格的场合就不能使用RCRC复位电路。复位电路。信号不陡峭信号不陡峭RC复位不足解决方法：集成复位电路解决方法：集成复位电路集成低电平复位芯片原理图集成低电平复位芯片原理图 GR1Z计数器计数器振荡器振荡器Q+EP+ENR2RST+-A比较器比较器集成复位电路集成复位电路 集成复位电路保证了电源电压集成复位电路保证了电源电压E E在低于某个阈值在低

54、于某个阈值 VTH VTH以下时，产生正确的以下时，产生正确的复位信号。复位信号。n 两个输入两个输入P、N，一个输出，一个输出n 当当VPVN时，输出高电平时，输出高电平稳压管稳压管n 将将N端电压稳定在一定值，端电压稳定在一定值，n 取得取得VP、VN的比较参考电的比较参考电压压n 当当VPVTH、VPVN时刻，时刻，n 比较器输出高电平，并且该比较器输出高电平，并且该n 高电平触发计数器开始计数高电平触发计数器开始计数n 当当EVTH、VPVTH, EVTH、VPVNVPVN，此，此 时稳压管时稳压管Z Z反向导通反向导通, ,与非门与非门G G两输入均为高，则复位信号两输入均为高，则复

55、位信号RST = 1。v t1t2期间，电源电压缓慢下降，则复位信号期间，电源电压缓慢下降，则复位信号 也缓慢下降，但相对于也缓慢下降，但相对于电源电压仍等于电源电压仍等于1。RSTw t2时刻，时刻，EVTH、VPVN，比较器输出低电平，该低电平一方面使，比较器输出低电平，该低电平一方面使G输输出高电平，出高电平，Q饱和，那么饱和，那么 ；另一方面使计数器复位输出为低电平。；另一方面使计数器复位输出为低电平。RST = 0 x t2t3期间，期间，EVTH、VPVTH、 VPVN，计数器输出高电平，计数器输出高电平， 复位信号结束。复位信号结束。 RST = 1概念：从概念：从t4t5的时间

56、被称为复位延迟时间的时间被称为复位延迟时间TD。 t3t5期间就是设备上电时该复位电路的工作过程。期间就是设备上电时该复位电路的工作过程。 z E上升至上升至t4时刻，时刻，EVTH、VPVN，比较器输出高电平，但由于计数器，比较器输出高电平，但由于计数器输出为低电平，因此门输出为低电平，因此门G仍仍 为高，为高， 仍为低。仍为低。 RST集成复位电路结果分析集成复位电路结果分析RST:电源电压电源电压:TD+EVTH0Vt1 t2t3t4t5集成低电平复位波形集成低电平复位波形140mS231CAT809CAT810RESET(RESET)GNDVCC低电平复位低电平复位高电平复位高电平复位

57、 电源电压上升到阈值电压电源电压上升到阈值电压VTH以上后还要延时至少以上后还要延时至少140mS以上才结束以上才结束复位，且所得复位信号复位，且所得复位信号 波形的上升沿非常陡峭。波形的上升沿非常陡峭。RST4.12.1 键盘消抖键盘消抖 4.12.3 振荡电路振荡电路 4.12.2 复位电路复位电路 目目 录录 振荡器概述振荡器概述 众所周知，心脏是人体血液循环的动力器官，它好象一台血泵，众所周知，心脏是人体血液循环的动力器官，它好象一台血泵，不停地收缩与舒张，将血液输送到人体的各个器官。不停地收缩与舒张，将血液输送到人体的各个器官。 计算机的工作原理就是在时钟节拍的作用下，将预先编好的程序计算机的工作原理就是在时钟节拍的作用下，将预先编好的程序一步一步地执行下去，其中时钟信号就来源于振荡器。一步一步地执行下去，其中时钟信号就来源于振荡器。计算机正常工作计算机正常工作如何得到如何得到提提示示反复循环反复循环RC振荡器解决方法振荡器解决方法(1) C G上电上电 AR YRC振荡器电路原理图振荡器电路原理图施密特反相器施密特反相器回差电压：回差电压：V2-V1输入电压输入电压VA输出电压输出电压VA01VAV2V1VY0ttRC振荡波形振荡波形0T2T1 这样由于电容这样由于电容C的充放