数字电子技术第7章 半导体存储器.ppt

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1、山东轻工业学院7-2 只读存储器ROM7-3 随机存储器RAM实例练习7-4 存储器容量的扩展 7-5 用存储器实现组合逻辑函数补充：可编程逻辑阵列PLA基本概念数字电子技术多媒体课件第七章 半导体存储器7-1 概述数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院7.1 概述一、存储器定义；二、存储器两个重要性能指标；三、分类及特点；四、存储器与寄存器比较一、定义：半导体存储器是一种能存储大量二进制信息（或二进制数据）的半导体器件。在计算机及其它数字系统中，正是利用存储器来存储大量的数据、信息、程序等。二、存储器容量及存取速度:存储器中存储单元的数量称为存储器存储容量。向存储器中存入及从存储器中取出数据的

2、速度称为存取速度。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院三、分类及特点：(一)分类1、只读存储器ROM：正常工作状态下只能读取数据，不能修改或重新写入数据。2、随机存储器RAM：正常工作状态下，可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。(二)特点:1、ROM 的优点是电路结构简单，而且在断电后数据不会丢失；缺点是只适用于存储那些固定数据的场合。2、RAM的优点是正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读取数据；缺点是一旦断电，数据会丢失。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院四、存储器与寄存器的不同因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能象寄存器

3、那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。为了解决这个矛盾，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。山东轻工业学院数字电子技术多媒体课件7-2 只读存储器ROM一、ROM的分类及特点;二、ROM的组成框图及各部分作用;三、有关概念;四、ROM电路介绍一、ROM的分类及特点：1、掩模ROM：存储器里的数据在制作时已经确定，无法更改。2、可编程ROM（PROM）：设计人员按照自己的设想将所需内容自行写入PROM而得到所要求的ROM。但PROM的内容一经写入就不能修改了，所以只能写入一次。3、可擦除可编程的ROM（

4、EPROM）：存储的数据可以擦除重写。用紫外线照射擦除：EPROM或 UVE-PROM;用电信号擦除：E2PROM，快闪存储器（Flash-Memory)。为什么E2PROM和Flash-Memory归于只读存储器？山东轻工业学院数字电子技术多媒体课件二、ROM的组成框图及各部分作用n条地址线2n个输出字线位线提高带负载能力；实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院三、有关概念 ROM存储容量：存储单元的个数，用M字N位表示；字数（字节数）M：地址译码器的输出端数。若地址输入端数（地址码）为n条，则M=2 n；位数（字长）N：数据输出端数，即每次读出

5、数据的个数。例：一ROM，有11位地址（或有11条地址线），8位数据输出端，则该ROM的存储容量为 2118数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院四、ROM电路介绍1、掩模ROM：存储的数据由制作过程中使用的掩模板决定。地址A1A0数 据D3D2D1D0001101010101101101011100例：一存储容量为224的ROM，存储的数据如表示：四条字线（译码器输出）由与门实现，称为与阵。四条位线（由或门实现）称为或阵 W 0 A1A0W 1 A1A0W 2 A1A0W 3 A1A0d0 W0 W1，d 1 W1 W3d2 W0 W2 W3，d 3 W1 W3数字电子技术多媒体课件山东轻工业

6、学院由二极管门电路实现的ROM电路图为字线和位线的每一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，否则存0选中W0，取出0101或阵与阵字线选中W1，取出1011选中W2，取出0100选中W3，取出1110位线山东轻工业学院数字电子技术多媒体课件2、PROM电路介绍特点：出厂时在存储矩阵的所有交叉点上全部存入1，在写入数据时，设法将需要存入0的那些存储单元改存为0即可，一经写入，不能修改。写入数据时，设法将需要存入0的存储单元上的熔丝烧断即可数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院7-3 随机存储器RAMRAM的定义：随机存储器也叫随机读/写存储器，在RAM工作时可以随时从任何一个指定

7、地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元。它的最大优点是读写方便，使用灵活。它的缺点是一旦停电，所存数据随之丢失。一、分类及特点；二、结构框图；三、有关概念。数字电子技术多媒体课件一、RAM的分类及特点山东轻工业学院SR锁存器1、静态RAM（SRAM）：SRAM的存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的，因此，它是靠触发器的自保功能存储数据的，即数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能永久保存。2、动态RAM（DRAM）：DRAM的存储单元是是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理制成的，即依靠电容存储电荷来存储数据,由于电容电荷会泄漏，故需要定时给栅极电容补充电荷，即刷

8、新。SRAM与DRAM相比，存储单元所用元件数目多，功耗大，集成度低，但使用方便，在存储容量不是很大的情况下，多采用SRAM。山东轻工业学院数字电子技术多媒体课件二、SRAM结构框图字线地址线位线字线地址线返回数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院三、有关概念 存储容量：存储矩阵所包含的存储单元的数目MN 字数M：即地址译码器的输出端数，也称字节数；位数N：即输入/输出端数（数据端数），也称字长，指每次读出或写入数据的位数。例：N=1，对应每条字线可读出或写入一位二进制数，这种RAM称为位结构型；N4，对应每条字线可读出或写入大于或等于四位的二进制数，这种RAM称为字结构型。数字电子技术多媒体课

9、件山东轻工业学院实例练习 将一个包含有32768个基本存储单元的存储电路设计成4096个字节的RAM，则 该RAM有几根数据线？该RAM有几根地址线？有一个容量为2564的RAM，该RAM有多少个基本存储单元？地址线10，输出线8，片选线1，读控制线1，写控制线1(或读写控制线为一条)该RAM每次访问几个存储单元？该RAM有多少根地址线？某一SRAM芯片,其容量为10248位,除电源和接地外,该芯片引脚的最小数目是多少?（21或20）若存储器芯片的容量为128K8位,求:(1)访问该芯片需要多少位地址?（17）(2)假定该芯片在存储器中的首地址为A0000H,末地址应为多少?（BFFFFH）回

10、顾结构数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院小结1、存储器的定义、类型及特点、重要性能指标；2、只读存储器ROM分类及特点、相关重要概念；3、随机存储器RAM分类及特点、相关重要概念。课堂：7.1，7.2数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院7.4 存储器容量的扩展一、位扩展：如果一片ROM或RAM中的字数够用而位数不够用时，需进行位扩展。扩展方法：将几片ROM或RAM的地址线、读/写线和片选线分别并接后，扩展后的位数即为各片位数的和。例：用8?片10241位的RAM接成一个1024 8位RAM。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院？片数据线：I O0 I O7地址线：A0 A7读/写信号：R W

11、片选信号：CS数据线：I O0 I O7地址线：A0 A7,A8,A9读/写信号：R W 二、字扩展：当每片RAM、ROM位数够用而字数不够时，需进行字扩展。例：用四片 256 8位1024 8位 RAMI O0.I O71024 x 8RAMA0.A7,A8,A9 R W 1 1 1 1 1 0数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院0 0 0 1 10 1 1 0 11 0 1 1 0111A9 A8CS1 CS2 CS3 CS4 768 1023512 767256 5110 25511 A7 A010 A7 A0,四片的地址分配就是：00 A7 A0,01A7 A0,每一片提供256个字，

12、需要256个地址(A07:0 011)用A9,A8两位代码区分四片即将A9A8译成Y0 Y3,分别接四片的 CS数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院扩展后的电路如图所示三、字位扩展：当字数和位数都不够用时，需先进行位扩展，后进行字扩展。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院7-5 用ROM、PLA实现组合逻辑函数一、用ROM实现组合逻辑函数:思路:ROM的地址输入端作为要实现逻辑函数的变量输入端；数据端作为要实现逻辑函数的输出端；地址译码器（即与阵）获得最小项，或阵获得最小项之和。二、用PLA实现组合逻辑函数：思路：与阵和或阵均可编程，获得最简的阵列（即使两个阵的存储单元数目均为最少）数字电子技

13、术多媒体课件山东轻工业学院一、用ROM实现组合逻辑函数:用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：(1)根据逻辑函数的输入、输出变量数，确定ROM容(2)写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM阵列图。量，选择合适的ROM。(3)根据阵列图对ROM进行编程。（与阵即地址译码器实现最小项，或阵实现最小项相加。）Y3 ABCD ABCD Y4 A B CD ABCD数字电子技术多媒体课件例7.5.2 用ROM产生：Y1 ABC ABCY2 ABCD BCD ABCD m(2,3,6,7)m(6,7,10,14)m(4,14)m(2,15)Y1Y2Y3Y4168=128或阵列容量为：164=64 （存储

14、容量）山东轻工业学院阵列总容量为：12864=192与阵列容量为：ROM数据表见课本P380页讨论：P382思考题数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院实际实现过程:若用掩模ROM,将数据表交厂方做出掩模板,实现所需ROM;用EPROM或E2PROM:擦除,编程,检验,完成例:用EPROM实现上述例题用紫外线照射芯片石英窗口(时间各不相同,2716需15-20分钟),存储单元全变为1;编程:在编程状态，按ROM数据表,从首地址开始,将所需数据从数据端依次输入;编程检验:在读出状态,按地址顺序依次读出,检验所输内容是否正确;若有误,重新输入;若无误,完成。数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院二、可

15、编程逻辑阵列(PLA)可编程逻辑阵列（PLA）包含一个与阵列和一个或阵列，二者都是可编程的。用PLA实现组合逻辑函数的步骤：首先将逻辑函数化简为最简与或式，用与阵实现化简后逻辑函数表达式中的各乘积项，用或阵实现乘积项的相或。例1：用PLA 实现下面的多输出函数Y 1 ABC ABC ABC ABCY2 AB ACBC数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院解：Y 1 ABC ABC ABC ABC ABCBC ACY2 AB ACBC乘积项有:P0 ABC，P 1=BC，P2=AC，P3=AB，P4=AC，P5=BCY 1 P0 P1 P2Y2 P3 P4 P5与阵列容量为：66=36或阵列容量为

16、：26=12阵列总容量为：3612=48AABBCCP 0 P 1 P 2 P 3 P 4P 5Y 1Y2数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院例：试用PLA产生如下的一组多输出函数：Y1 ABC ABCY2 ABCD BCD ABCDY3 ABCD ABCDY4 ABCD ABCD解：Y 1 AC(B B)ACY2 (AB B)CD ABCD ACDBCD ABCDACD BCD ABC ACD ABCY3 ABCD ABCDY4 ABCD ABCD山东轻工业学院数字电子技术多媒体课件乘积项有:P0 AC P 1 ACDP2 ABCP3 ABCDP5 ABCDP4 ABCDY 1 P0Y2 P 1 P2Y3 P3 P4Y4 P5 P6P6 ABCDAABBCCDDP 0 P 1 P 2 P 3 P 4P 5 P 6Y 1Y2Y3Y4与阵列容量为：87=56或阵列容量为：47=28阵列总容量为：5628=84数字电子技术多媒体课件山东轻工业学院小结1、存储器容量的扩展方法；2、用存储器ROM和PLA设计组合逻辑电路的方法。课堂：7.7，7.8，7.13