数字基础电路 7

“十二五”职业教育国家规划教材《数字电路（第3版）》项目6PC内存储器电路思政目标培养爱国之情，树立强国之志，实践报国之行。知识目标1.了解半导体存储器的基本概念和分类。2.熟悉RAM的基本结构，理解其工作原理。3.熟悉ROM的基本结构，掌握各种ROM的特点及应用。4.了解可编程逻辑器件的组成和特点。技能目标1.能根据器件手册，正确使用RAM、ROM芯片。2.能根据具体项目要求，扩展RAM、ROM容量。引入PC内存储器电路是存储器应用的典型实例。存储器——在数字系统中用于存储程序、数据的部件。具有记忆功能。存储器除存储用途外，还可以用于实现组合逻辑函数。可编程器件的应用日益广泛，它使存储器等数字电路设计更方便，成本更经济，性能更可靠。本项目重点讨论半导体存储器（利用半导体材料制成的具有存储功能的电子器件）的基本原理及使用方法，简介有关可编程器件的知识，最后讨论PC内存储器电路的实现方案。学习内容半导体存储器RAMROM可编程逻辑器件PLD一般组成与电路表示法PALGAL存储器的分类存储器按存储介质分类——半导体存储器、磁表面存储器、光盘存储器等。半导体存储器按存储特性和使用功能分类——RAM、ROM。本课程学习半导体存储器半导体存储器RAMROMRAM的概念及分类RAM是RandomAccessMemory的缩写，意为随机存取存储器。随机存取存储器又称随机存储器、读/写存储器，是能够在存储器中任意指定位置输入（又称存入、写入），或者输出（取出、读出）信息的存储器。RAM按晶体管的导电类型分类——双极型RAM、单极型RAM。本课程重点学习RAMRAM基本结构地址译码方式RAM基本存储单元——存储位RAM的使用（1）地址译码器为了能够对存储矩阵中某个选定的存储单元进行信息存取（又称访问），必须对每个存储单元的位置编制唯一确定的地址，这些地址的编码称为地址码。当输入一个地址码时，利用地址译码器，可以在存储矩阵中找出唯一相应的一个存储单元，对其进行访问。RAM基本结构（2）存储矩阵存储器的核心，由许多存储单元按矩形阵列排列组成。每个存储单元存放着由若干位二进制数码组成的一组信息。存储容量——衡量存储器存储信息量的指标，用所能存储的字数×每字位数表示，或表示成KB、MB、GB、TB等。注释：①B(Byte)——称为字节，8位二进制数是1个字节，即1B＝8b(bit)。②1K＝210＝1024，1M=220，1G=230，1T=240。RAM基本结构（2）存储矩阵例如，容量为1024×2的存储器，共有1024个存储单元，即能存储1024个字，每字2位。容量为64MB的存储器，共包含64MB＝64×1024KB＝64×1024×1024B＝64×1024×1024×8b即536870912个存储位。RAM基本结构（3）读/写电路由读/写控制器、输入/输出电路和片选控制器组成。①读/写控制器。用于控制对存储器进行写入，或者进行读出操作。②输入/输出电路（I/O电路）。数据进、出存储矩阵的通道。写入数据经输入缓冲器放大再进入存储矩阵；读出数据经输出缓冲器放大再输出。输入、输出缓冲器常用三态电路，允许几片存储器输入/输出数据线（I/O线）可并联使用，以扩充存储容量。③片选控制器。用于控制在该片存储器被选中时能访问操作，未被选中则I/O线呈高阻状态，不能与外部交换数据。RAM基本结构RAMRAM基本结构地址译码方式RAM基本存储单元——存储位RAM的使用单译码结构双译码结构地址译码方式单译码结构单译码结构又称字结构。举例，4×2单译码结构存储器如图。每个小方框表示一个存储位，每两个存储位构成一个存储单元，即1字。存储器可存储4个2位数据字：(1,1)存储第1个字的第1位，(1,2)存储第一个字的第2位，……。单译码结构单译码结构又称字结构。举例，4×2单译码结构存储器如图。字选择线简称字线，控制该存储单元是否被选中数据位线简称位线，用来传输数据位线位线各存储位具有三态特性，同一列存储位位线并联接到共用的读写电路约定：DI是写入数据、DO是读出数据。A1A0是地址译码器输入的地址码信号。是进行读出或写入操作的读写控制信号。请分析：（1）存储器的数据写入过程。（2）存储器的数据读出过程。单译码结构双译码结构地址译码方式双译码结构双译码结构又称字位结构。举例，8×2双译码结构存储器如图。又称行地址译码器，输出字线控制存储矩阵哪一行单元被选中又称列地址译码器，输出控制读写选通电路，决定哪一列数据线与读写电路接通任何时候，X地址译码器输出及Y地址译码器输出中分别只有一个为有效电平，而其余均为无效电平。因而每次只会找出一个字的2个存储位进行读或写操作。双译码结构双译码结构又称字位结构。举例，8×2双译码结构存储器如图。设，q表示X的地址线数，r表示Y的地址线数，p表示地址线总数，则p＝q＋rN表示存储字数，则N＝2p＝2q+r本存储器q＝2，r＝1，N＝22+1＝8。双译码结构请分析：（1）存储器的数据写入过程。（2）存储器的数据读出过程。请比较单译码结构存储器与双译码结构存储器并进行总结。提示：参考教材P.160地址译码方式RAMRAM基本结构地址译码方式RAM基本存储单元——存储位RAM的使用静态存储位电路动态存储位电路RAM基本存储单元——存储位RAM存储1位数据的电路静态存储位电路举例，MOS型六管静态存储位电路如图。存储位由触发器、控制电路和开关管等构成。VT1～VT4构成触发器，用于存储1位二进制信息。VT5、VT6是开关管，由字线静态存储位电路举例，MOS型六管静态存储位电路如图。结论：只有当该存储位字线Xi和列线Yj都为有效电平1时，使开关管VT5～VT8全部导通，才能对该位进行读/写操作。具体执行读操作还是写操作，由

控制。请分析：（1）位数据写入过程。（2）位数据读出过程。静态存储位电路动态存储位电路RAM基本存储单元——存储位动态存储位电路动态存储是相对静态而言，静态存储只要不断电，信息就可以永久保存。而动态存储是以MOS管栅极电容为保存信息的主要元件，信息只能保存很短的时间。为了长久保存信息，必须及时给电容补充电荷，这一操作称为刷新或再生。动态存储位电路举例，MOS型四管动态存储位电路如图。数据以电荷形式存储在栅极等效电容C1、C2上，而C1、C2上的电压又控制VT1、VT2或导通或截止:（1）当C1上电压大于VT1开启电压，而C2上无电压时，VT1导通VT2截止，Q＝0。（2）若C2上电压大于VT2开启电压，C1上无电压时，Q＝1。读信息过程中，对位线分布电容预充电十分重要。如果VT3、VT4导通前没有对C和C

充电，VT4导通后，

高电平必须靠C1向C

充电来建立，使C1损失一部分电荷。且位线连接同一列多个位电路，使C

比C1大的多，这就使C1高电平遭到破坏，存储信息丢失。有预充电后，VT3、VT4导通时C

电压比C1电压还高，C1上的电荷不仅不损失反而得到补充，因此读出过程也就是刷新过程。动态存储位电路举例，MOS型单管动态存储位电路如图。写入时，字线和列线为1，VT导通，写入信息通过读出放大器和VT存入电容C1。读出时，字线和列线为1，电容C1上存储的信息通过V输出到位线，经读出放大器放大后送到存储器输出端。动态存储位电路请比较四管与单管动态存储位电路并进行总结。提示：参考教材P.162应用实例请阅读教材P.162内容，并回答以下问题：（1）SRAM在计算机中的应用情况。（2）DRAM在计算机中的应用情况。（3）例举SRAM、DRAM在你所了解的其它电子设备中的应用情况。RAMRAM基本结构地址译码方式RAM基本存储单元——存储位RAM的使用操作方式扩展存储容量存储器的读周期和写周期RAM的使用操作方式举例，SRAM芯片2114。＋5V电源供电，双列直插封装，容量1024×4，地址线10条。请结合教材P.163，分析芯片的读、写操作过程。操作方式SRAM芯片6264，容量8K×8。6264的操作方式控制端：操作方式请写出SRAM6116的操作方式表。6116容量为2K×8，引脚排列如图，为片选使能端。操作方式扩展存储容量存储器的读周期和写周期RAM的使用扩展存储容量位扩展：将多个芯片的地址线、读/写控制线、片选线对应并联在一起而功能不变，各片的输入/输出线作为字的各个位线。举例，用2片2114组成容量1K×8的RAM。扩展存储容量字扩展：需要外加译码器，将地址高位送译码