《存储器、CPL》PPT课件

学 习 完 本 章 后 ， 应 该 能 做 到 ：1、 阐 明 ROM 、 RAM的 结 构 特 点 及 其 工 作 原 理 。2、 简 述 PROM、 EPROM、 EEPROM等 概 念 。3、 简 述 SRAM、 DRAM、 地 址 、 位 、 字 等 概 念 。4、 阐 述 位 扩 展 、 字 扩 展 的 方 法 ， 并 熟 练 运 用 。5、 简 述 半 导 体 存 储 器 的 应 用 。第 七 章 存 储 器 、 CPLD 第 七 章 存 储 器 、 CPLD 概 述7.1 只 读 存 储 器7.2 随 机 存 取 存 储 器7.3 可 编 程 逻 辑 器 件 存 储 器 是 一 种 能 存 储 大 量 二 值 信 息 的 半 导 体 器 件 。 由 于 要 求 存 储 的 数 据 量 往 往 很 大 ， 因 而 不 可 能 将 每 个 存 储 单元 电 路 的 输 入 和 输 出 端 象 寄 存 器 那 样 固 定 地 引 出 。 半 导 体 存储 器 采 用 了 按 地 址 存 放 数 据 的 方 法 ， 只 有 那 些 被 输 入 地 址 代码 指 定 的 存 储 单 元 才 能 与 输 入 /输 出 端 接 通 ， 进 行 数 据 的 读 出和 写 入 。 半 导 体 存 储 器 的 分 类 （ 根 据 使 用 功 能 的 不 同 ）（ 1） 只 读 存 储 器 （ ROM） （ Read-only memory ） 。（ 2） 随 机 存 取 存 储 器 （ RAM） （ Random access memory） 。概 述 存 储 容 量 ： 用 来 衡 量 存 储 器 存 放 数 据 的 能 力 指 标 ， 指 存 储 单 元 的 总 数 。 存 储 单 元 的 最 基 本 的 单 位 是 位 和 字 ， 字 的 位 数叫 字 长 ， 存 储 容 量 通 常 表 示 为 “ m字 n位 ” 。 210=1024=1K（ 字 位 ） ， 220=1048576=1024K=1M（ 字 位 ） 例 ： 微 型 计 算 机 中 常 用 的 2114型 静 态 RAM的 容 量 为1K 4 。 4116型 动 态 RAM的 容 量 为 16K 1 。 2716型 EPROM的 容 量 为 2K 8 。半导体存储器的主要性能指标 存 储 速 度 ： 通 常 用 存 取 周 期 来 描 述 。 存 取 周 期 是指 从 存 储 器 开 始 存 取 第 一 个 字 到 能 够 存 取 第 二个 字 为 止 所 需 的 时 间 。例 ： 微 型 计 算 机 中 常 用 的 2114型 静 态 RAM的读 、 写 周 期 均 为 200ns， 4116型 动 态 RAM的读 、 写 周 期 均 为 375ns。半导体存储器的主要性能指标 7.1 只读存储器（ROM） 只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。且只能读出，不能随时写入。工作时，将一个给定的地址码加到ROM的地址输入端，便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数据。 只读存储器存入数据的过程，称为对ROM进行编程。 ROM的分类按 存 贮 矩 阵中 器 件 类 型 固 定 ROM-PROM- EPROM- Flash Memory- E2PROM- 二 极 管 ROM三 极 管 ROMMOS管 ROM按 写 入方 式 厂 家 装 入 数 据 ， 永 不 改 变用 户 装 入 ， 只 可 装 一 次 ， 永 不 改 变用 户 装 入 ， 紫 外 线 擦 除用 户 装 入 ， 电 可 擦 除高 集 成 度 ， 大 容 量 存储矩阵 三态缓冲器 地址译码器数 据 输 出 地址输入 ROM的基本结构 固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲器三部分组成。字 线 容 量 =字 线 位 线位 线控 制 信 号 输 入 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0 地 址 译 码 器 00 01 10 11 EN 存储 矩阵字线位线二极管ROM以44为例 存储 单元1011111000111100译码器 输出缓 冲器任 何 时 刻 只 有 一 根 字 线 为 高 电 平 。 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0 地 址 译 码 器 00 01 10 11 EN +5V +VDD 三极管ROM和NMOS管ROM 有 一 种 可 编 程 序 的 ROM ， 在 出 厂 时 全 部 存 储 “1” ， 用 户 可 根 据 需 要 将 某 些 单 元 改 写 为 “0” ,但 是 ， 只 能 改 写 一 次 ， 称 为 PROM。字线位线熔断丝 若 将 熔 丝 烧 断 ， 该单 元 则 变 成 “0” 。 显然 ， 一 旦 烧 断 后 不 能再 恢 复 。可编程ROM（PROM） （1） 用于存储固定的数据、表格（2） 码制变换ROM的简单应用（3） 用户程序的存贮（4） 构成组合逻辑电路 例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。 A3 A2 A 1 A0 D C B A ROM D1 D2 D 3 CS D5 D6 D7 a b c d e f g OE a b c d e f g D4 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A3 A2 A1 A0 D C B A ROM CS a b c d e f g OE ROM D1 D2 D3 D5 D6 D7 D4 0000地址单元的内容对应七段数码0 1001 地 址 单 元 的内 容 对 应 七 段 数码 9 这 些 单 元 不 用 m0m1m2m9 例 2 用ROM实现逻辑函数。 2/4线译码器A1 A0 m 0m 1m 2m 3D0 D1 D2 D3 0101010 AAAAAAD 011 AAD 01013 AAAAD 012 AAD 7.2 随机存取存储器( RAM ) 随 机 存 储 器 又 称 读 写 存 储 器 特 点 ： 在 工 作 过 程 中 ， 既 可 从 存 储 器 的 任 意 单 元读 出 信 息 ， 又 可 以 把 外 界 信 息 写 入 任 意 单 元 ， 因此 它 被 称 为 随 机 存 储 器 。 分 类 : 按 功 能 分 静 态 SRAM 、 动 态 DRAM两 类 ； 按 所 用 器 件 分 双 极 型 、 MOS型 两 种 。 RAM的基本结构存 储 矩 阵 读 /写控 制 器控 制 器地址译码器地址码输片 选读 /写 控 制输 入 /输 出入入 存储单元 Y0 Y1 Y7 A4 X 1 X31 X0 列 地 址 译 码 器 行地址 译码器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 例如：容量为2561 的存储器 （1）地址译码器 8根 列 地 址选 择 线32根 行 地 址选 择 线 32 8 =256个 存 储 单 元 译 码方 式 单 译 码 双 译 码 -n位 地 址 构 成 2n 条 地 址 线 。 若 n=10， 则 有 1024条 地 址 线- 将 地 址 分 成 两 部 分 ， 分 别 由 行 译 码 器 和 列 译 码 器 共 同 译 码 其 输 出 为 存 储 矩 阵 的 行 列 选 择 线 ， 由 它 们 共 同 确 定 欲 选 择 的 地 址 单 元 。若给出地址A7-A0=001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 存储单元 Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列 地 址 译 码 器 行地 址译码器 A5 A3 A2 A1 A 0 A6 A7 若容量为2564 的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0，但其数据线有4根，每字4位。8根 列 地址 选 择 线32根 行 地址 选 择 线 1024个存 储 单元 若给出地址A 7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读/写？ T8 T7 VDD VG G T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列 选 择 线 ) Xi (行 选 择 线 ) 数据线 数据线 D D 位线 B 位线 B 存 储单 元 （2） 存储矩阵 静 态 RAM存储单元（SRAM）-以 六 管 静 态存储单元为例基 本 RS触 发 器控 制 该 单 元 与 位 线的 通 断控 制 位 线 与 数 据 线 的 通 断 X i =0， T5、 T6截 止 ， 触 发 器 与位 线 隔 离 。 T1-T6构 成 一个 存 储 单 元 。 T3、T4为 负 载 ， T1、T2为 基 本 RS触 发器 。来 自 行 地 址 译码 器 的 输 出 T8 T7 VDD VG G T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列 选 择 线 ) Xi (行 选 择 线 ) 数据线 数据线 D D 位线 B 位线 B 存 储单 元 （2） 存储矩阵Xi =1， T5、 T6导 通 ， 触 发 器 与位 线 接 通 。Yj =1， T7 、 T8均 导 通 ， 触 发 器的 输 出 与 数 据 线接 通 ， 该 单 元 数据 可 传 送 。 来 自 列 地 址 译码 器 的 输 出 静 态 RAM存储单元（SRAM）-以 六 管 静 态存储单元为例来 自 行 地 址 译码 器 的 输 出 T7 Yi T8 Yi & & R/ W CS I/O 1 2 3 4 5 D D （3）片选信号与读/写控制电路 当 CS=0时 ， 选 中 该 单 元 . 若 R/W=1， 三 态 门 1、 2关 , 3开 ， 数 据 通 过 门 3传 到I/O口 ， 进 行 读 操 作 ； 当 CS=1时 ， 三 态 门 均为 高 阻 态 ， I/O口 与 RAM内部 隔 离 。 当 Xi和 Yi中 有 一 消 失 ， 该 单 元 与 数 据 线 联 系 被 切 断 ， 由 于 互 锁 作用 ， 信 息 将 被 保 存 。 若 R/W=0， 门 1、 2开 ，门 3关 ， 数 据 将 从 I/O口 通 过门 1、 2， 向 T7、 T8写 入 ， 进行 写 操 作 。 RAM存储容量的扩展1. 位数 （字长）的扩展 D0 D1 D2 D3 D12 D13 D14 D15 例 1 用 4K 4位 的 RAM扩 展 为 4K 16位 的 RAM CS A11 A0 R/W R/W CS A 0 A11 4K 4位 （ 1）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 R/W CS A0 A11 4K 4位 （ 4）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 即该芯片 A12A0 CS WR/ D7D0 8K 8位 13 8 8K8 功能框图 2. 字数的扩展 字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。 假设某芯片的存储容量为： 8K 8 （即8192字8位）。数据线共有：地址线共有：13 根（ A12A0 ）8根（D7D0） 2. 字数的扩展图 8.1.10 A12A0 CS WR/ D7D0 8K 8位 8K 8位 8K 8位 8K 8位 D7D0 A 12A0 A1 A0 A14 A13 EN Y0 Y1 Y 2 Y3 13 13 13 13 13 8 8 8 8 8 74139 WR/ A12A0 CS WR/ D7D0 A12A0 CS WR/ D7D0 A12A0 CS WR/ D7D0 (I)(II)(III)(IV)芯 片 74139有 效 输出 端 A14A13 I Y0 0 0 II Y1 0 1III Y2 1 0IV Y3 1 1例 2 将 8K 8位 的 RAM扩 展 为 32K 8位 的 RAM 3. 字数、位数同时扩展例 3 用 256 4的 RAM扩 展 为 1K 8位 的 RAM Y0Y1Y2Y32/4A9 A8A 0-A7 4256 4256 4CS I/OI/O CS8 4 256 4256 4CS I/OI/O CS8 44 高 四 位低 四 位 A2 A3 A 4 A5 A7 A 8 A9 A11 DQ0 DQ 7 E 2 VCC VSS A0 A1 A6 A10 A12 行 译 码器 存 储 器 阵 列 256 行 328 列 输 入 数据 控 制 列 I/O 列 译 码 器 E1 W G 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 A2 A3 A4 A5 A7 A8 A 9 A11 DQ0 DQ7 E2 W VCC VSS A0 A1 A6 A10 A12 E1 NC DQ1 DQ2 DQ6 DQ5 DQ4 DQ3 MCM6264 G 介绍 RAM MCM6264 该 芯 片 是 摩 托 罗 拉 公 司 生 产 的 静 态 RAM， 28脚 双 列 直 插 封 装 。 1024 4位 RAM（ 2114） 的 结 构 框 图 4096个 存 储 单 元排 列 成 64 64列的 矩 阵地 址 译 码 器 输 入 /输 出控 制 电 路参 考 资 料 ： 123456789 181716151413121110A2 A1 A0 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 CSG ND VCC D3 D2 D1 D0 R / WRAM 2114 管脚图故其容量为：1024字4位（又称为1K 4）RAM2114共有10根地址线，4根数据线。