数字电子技术基础简明教程第三版(9).ppt
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1、 半导体存储器半导体存储器概述概述第第 9 章章半导体存储器半导体存储器 本章小结本章小结随机存取存储器随机存取存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)半导体存储器半导体存储器9.1概述概述 主要要求:主要要求:了解半导体存储器的了解半导体存储器的作用、类型与特点作用、类型与特点。半导体存储器半导体存储器例如计算机中的自检程序、初例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在始化程序便是固化在 ROM 中的。中的。计算机接通电源后,首先运行它,计算机接通电源后,首先运行它,对计算机硬件系统进行自检和初始对计算机硬件系统进行自检和初始化,自检通过后,装入操作系统,化,自检通过后,装入操作系统
2、,计算机才能正常工作。计算机才能正常工作。二、二、半导体存储器的类型与特点半导体存储器的类型与特点 只读存储器只读存储器(ROM,即即Read-Only Memory)随机存取存储器随机存取存储器(RAM,即即Random Access Memory)RAM 既能读出既能读出信息信息又能又能写入写入信息。信息。它用于存放需经它用于存放需经常改变的信息,常改变的信息,断电后其数断电后其数据将丢失据将丢失。常用于存放临时。常用于存放临时性数据或中间结果。性数据或中间结果。例如例如 计算机内存就是计算机内存就是 RAM ROM 在工作时在工作时只能读出只能读出信息而不能写入信息。信息而不能写入信息。
3、它用于它用于存放固定不变的信息,存放固定不变的信息,断电后断电后其数据不会丢失其数据不会丢失。常用于存放。常用于存放程序、常数、表格等。程序、常数、表格等。一、一、半导体存储器的作用半导体存储器的作用 存放二值数据存放二值数据 半导体存储器半导体存储器主要要求:主要要求:了解了解 ROM 的类型和结构,理解其工作原理。的类型和结构,理解其工作原理。了解集成了解集成 EPROM 的使用。的使用。理解理解字、位、存储容量字、位、存储容量等概念。等概念。9.2只读存储器只读存储器 半导体存储器半导体存储器按按数数据据写写入入方方式式不不同同分分掩模掩模 ROM 可编程可编程 ROM(Programm
4、able ROM,简称,简称 PROM)可擦除可擦除 PROM(Erasable PROM,简称,简称 EPROM)电可擦除电可擦除 EPROM(Electrically EPROM,简称,简称 E2PROM)一、一、ROM 的类型及其特点的类型及其特点 写入的数据可电擦除,用户可以写入的数据可电擦除,用户可以多次改写存储的数据。使用方便。多次改写存储的数据。使用方便。其存储数据在制造时确定,用其存储数据在制造时确定,用户不能改变。用于批量大的产品。户不能改变。用于批量大的产品。其存储数据其存储数据由用户写入。但由用户写入。但只能写一次。只能写一次。写入的数据可用紫外线擦除,写入的数据可用紫外
5、线擦除,用户可以多次改写存储的数据。用户可以多次改写存储的数据。半导体存储器半导体存储器二、二、ROM 的结构和工作原理的结构和工作原理 4 4 二极管二极管 ROM 的结构和工作原理动画演示的结构和工作原理动画演示(一一)存储矩阵存储矩阵 由存储单元按字由存储单元按字(Word)和位和位(Bit)构成的距阵构成的距阵 由存储距阵、地址译码器由存储距阵、地址译码器(和读出电路和读出电路)组成组成 半导体存储器半导体存储器4 4 存储矩阵结构示意图存储矩阵结构示意图 W3W2W1W0D3D2D1D0字字线线位线位线字线与位线的交叉字线与位线的交叉点即为点即为存储单元存储单元。每个存储单元可以每个
6、存储单元可以存储存储 1 位二进制数。位二进制数。交叉处的圆点交叉处的圆点 “”表示存储表示存储“1”;交叉处;交叉处无圆点表示存储无圆点表示存储“0”。当某字线被选中时,当某字线被选中时,相应存储单元数据从位相应存储单元数据从位线线 D3 D0 输出。输出。单击鼠标请看演示单击鼠标请看演示 10 1 110 1 1从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长,即字长字中含有的存储单元数称为字长,即字长=位数。位数。W31.存储矩阵的结构与工作原理存储矩阵的结构与工作原理 半导体存储器半导体存储器2.存储容量及其表示存储容量及
7、其表示用用“M”表示表示“1024 K”,即,即 1 M=1024 K=210 K=220。2.存储容量及其表示存储容量及其表示 指存储器中存储单元的数量指存储器中存储单元的数量 例如,一个例如,一个 32 8 的的 ROM,表示它有,表示它有 32 个字,个字,字长为字长为 8 位,存储容量是位,存储容量是 32 8=256。对于大容量的对于大容量的 ROM常用常用“K”表示表示“1024”,即,即 1 K=1024=210 ;例如,一个例如,一个 64 K 8 的的 ROM,表示它有,表示它有 64 K 个字,个字,字长为字长为 8 位,存储容量是位,存储容量是 64 K 8=512 K。
8、一般用一般用“字数字数 字长字长(即位数即位数)”)”表示表示 半导体存储器半导体存储器3.存储单元结构存储单元结构3.存储单元结构存储单元结构 (1)固定固定 ROM 的存储单元结构的存储单元结构 二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1接半导体管后成为储接半导体管后成为储 1 单元;单元;若不接半导体管,则为储若不接半导体管,则为储 0 单元。单元。半导体存储器半导体存储器(2)PROM 的存储单元结构的存储单元结构 PROM 出厂时,全部熔丝都连通,存储单元的内容为出厂时,全部熔丝都连通,存储单元的内容为全全 1(或全或
9、全 0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 (或或 1),这只要将需储这只要将需储 0(或或 1)单元的熔丝烧断即可。单元的熔丝烧断即可。熔丝烧断后不可恢复,因此熔丝烧断后不可恢复,因此 PROM 只能一次编程。只能一次编程。二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝 半导体存储器半导体存储器(3)可擦除可擦除 PROM 的存储单元结构的存储单元结构 EPROM 利用编程器写入数据,用紫外线擦除数据。利用编程器写入数据,用紫外线擦除数据。其集成芯片上有一个石英窗口
10、供紫外线擦除之用。芯片其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后,必须用不透光胶纸将石英窗口密封,以免写入数据后,必须用不透光胶纸将石英窗口密封,以免破坏芯片内信息。破坏芯片内信息。E2PROM 可以电擦除数据,并且能擦除与写入一次可以电擦除数据,并且能擦除与写入一次完成,性能更优越。完成,性能更优越。用一个特殊的浮栅用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。管替代熔丝。半导体存储器半导体存储器刚才介绍了刚才介绍了ROM中的存储距阵,中的存储距阵,下面将学习下面将学习ROM中的地址译码器。中的地址译码器。(二二)地址译码器地址译码器(二二)地址译码器地址译码器从从 ROM 中读出哪
11、个字由地址码决定。地址中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是:根据输入地址码选中相应的字译码器的作用是:根据输入地址码选中相应的字线,使该字内容通过位线输出。线,使该字内容通过位线输出。例如,某例如,某 ROM 有有 4 位地址码,则可选择位地址码,则可选择 24=16 个字。个字。设输入地址码为设输入地址码为 1010,则字线,则字线 W10 被选中,该被选中,该 字内容通过位线输出。字内容通过位线输出。存储矩阵中存储矩阵中存储单元的存储单元的编址方式编址方式单译码编址方式单译码编址方式双译码编址方式双译码编址方式适用于小适用于小容量存储器。容量存储器。适用于大适用于大容量存储器。容量
12、存储器。半导体存储器半导体存储器 又称单译码编址方式或单地址寻址方式又称单译码编址方式或单地址寻址方式D1D7地地址址译译码码器器0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0单地址译码方式单地址译码方式 32 8 存储器的结构图存储器的结构图1.单地址译码方式单地址译码方式一个一个 n 位地址码的位地址码的 ROM 有有 2n 个字,对应个字,对应 2n 根字线,根字线,选中字线选中字线 Wi 就选中了该字的所有位。就选中了该字的所有位。32 8 存储矩阵排成存储矩阵排成 32 行行 8 列,每一行对应一个字,每一列,每一行对应一个字,每一列对应列
13、对应 32 个字的同一位。个字的同一位。32 个字需要个字需要 5 根地址输入线。当根地址输入线。当 A4 A0 给出一个地址信号时,便可选中相应字的所有存储单元。给出一个地址信号时,便可选中相应字的所有存储单元。例如,当例如,当 A4 A0=00000 时,选中字线时,选中字线 W0,可将,可将(0,0)(0,7)这这 8 个基本存储单元的内容同时读出。个基本存储单元的内容同时读出。基本单元为基本单元为 存储单元存储单元 半导体存储器半导体存储器A5A7行行地地址址译译码码器器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4双地址译码方式双地址译码方式
14、256 字存储器的结构图字存储器的结构图A2列列地地址址译译码码器器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址寻址方式又称双译码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组地址码分成行地址码和列地址码两组2.双地址译码方式双地址译码方式基本单元基本单元为字单元为字单元例如例如 当当 A7 A0=00001111 时,时,X15 和和 Y0 地址线均地址线均 为高电平,字为高电平,字W15 被选中,其存储内容被读出。被选中,其存储内容被读出。若采用单地址译码方式,则需若采用单地址译码方式,则需 256 根内部地址线。根内部地址线。256 字存储器需要字存储器需要 8 根地址线,分为
15、根地址线,分为 A7 A4 和和 A3 A0 两两组。组。A3 A0 送入行地址译码器,产生送入行地址译码器,产生 16 根行地址线根行地址线(Xi);A7 A4 送入列地址译码器,产生送入列地址译码器,产生 16 根列地址线根列地址线(Yi)。存储矩。存储矩阵中的某个字能否被选中,由行、列地址线共同决定。阵中的某个字能否被选中,由行、列地址线共同决定。半导体存储器半导体存储器三、集成三、集成 EPROM 举例举例 27 系列系列 EPROM 是最常用的是最常用的 EPROM,型,型号从号从 2716、2732、2764 一直到一直到 27C040。存储容。存储容量分别为量分别为 2K 8、4
16、K 8一直到一直到 512K 8。下面。下面以以 Intel 2716 为例,介绍其功能及使用方法。为例,介绍其功能及使用方法。半导体存储器半导体存储器VCCIntel 2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413 A10 A0 为地址码输入端。为地址码输入端。D7 D0 为数据线,工作时为为数据线,工作时为数据输出端,编程时为写入数据数据输出端,编程时为写入数据输入端。输入端。VCC 和和 GND:+5 V 工作电源工作电源和地。和地。VPP 为编程高电
17、平输入端。编程时加为编程高电平输入端。编程时加+25 V 电压,工作时加电压,工作时加+5 V 电压。电压。(一一)引脚图及其功能引脚图及其功能 CS 有两种功能:有两种功能:(1)工作时为片选使能端,低电工作时为片选使能端,低电 平有效。平有效。CS=0 时,芯片被时,芯片被 选中,处于工作状态。选中,处于工作状态。(2)编程时为编程脉冲输入端。编程时为编程脉冲输入端。OE 为允许数据输出端,低电为允许数据输出端,低电平有效。平有效。OE=0 时,允许读出数时,允许读出数据;据;OE=1 时,不能读出数据。时,不能读出数据。存储容量为存储容量为 2 K 字字 半导体存储器半导体存储器(二二)
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