第10章数字电路课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章半导体存储器,1,概述,2,顺序存取存储器,(SAM),3,只读存储器,(ROM),4,随机存取存储器,(RAM),5,本章小结,本章目标,通过对本章的学习，读者可以具备下述能力：,1了解半导体存储器的基本结构、工作原理和用途,2了解顺序存储器的结构和工作原理,3掌握只读存储器的类型特点、工作原理和应用,4掌握随机存储器的类型特点、工作原理和应用,5掌握用存储器实现组合逻辑函数,10.1概述,了解半导体存储器的,作用、类型与特点,一、,半导体存储器的作用,存放二值数据,二、半导体存储器的分类,按制造工艺分类：,双极型：工作速度快、功耗大、价格较高。,MOS,型：集成度高、功耗小、工艺简单、价格低。,10.1.1,半导体存储器的特点与应用,例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在 ROM 中的。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化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常工作。,只读存储器,(,ROM，即,R,ead,-,O,nly,M,emory,),随机存取存储器,(,RAM，即,R,andom,A,ccess,M,emory,),RAM,既能读出,信息,又能写入,信息。,它用于存放需经常改变的信息，,断电后其数据将丢失,。常用于存放临时性数据或中间结果。,例如 计算机内存就是 RAM,ROM,在工作时,只能读出,信息而不能写入信息。,它用于存放固定不变的信息，,断电后其数据不会丢失,。常用于存放程序、常数、表格等。,2、按存取方式不同，半导体存储器可分成只读存储器ROM、随机存取存储器RAM和顺序存取存储器SAM。,2.存储容量及其表示,用,“M”表示“1024 K”,，即 1 M=1024 K=2,10,K=2,20,1.存储容量及其表示,指存储器中存储单元的数量,例如，一个 64,8 的 ROM，表示它有 64 个字，字长为 8 位，存储容量是 64,8=512。,对于大容量的 ROM常用,“K”表示“1024”,，即 1 K=1024=2,10,；,例如，一个 64 K,8 的 ROM，表示它有 64 K 个字，字长为 8 位，存储容量是 64 K,8=512 K。,一般用,“字数,字长,(即位数)”,表示,10.1.2,半导体存储器的主要技术指标,2.存取时间和存取周期,存储器的一次操作(读或写)所需要的时间。称存储器存取访问时间。,了解顺序存取存储器(SAM)的作用,了解顺序存取存储器的电路结构和组成,10.2顺序存取存储器（SAM）,10.2.1,先入先出的顺序存取存储器,时钟信号CP的周期为T,C,，则存储深度为N的SAM完成一次读写需要的时间为T=NT,C,。,写操作：数据从D,I,端逐位输入，从D,0,端输出,读操作：数据从D,0,输出，同时数据返回到移位寄存器的输入端，实现存储数据的循环移位。,10.2.2,先入后出的顺序存取存储器,读操作：,移存器执行右移操作，存于各移存器最右端的数据最先由,I,/,O,端读出。,移存器执行左移操作，由,I,/,O,端最先送入的数据存于各移存器的最右端。,写操作：,了解 ROM 的类型和结构，理解其工作原理,了解集成 EPROM 的使用,理解,字、位、存储容量,等概念,10.3只读存储器,按数据写入方式不同分,掩模 ROM,可编程 ROM,(,P,rogrammable,ROM,，简称 PROM,),可擦除 PROM,(,E,rasable,PROM,，简称 EPROM,),电可擦除 EPROM,(,E,lectrically,EPR,OM,，简称 E,2,PROM,),10.3.1 ROM,的类型及其特点,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。,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。,其存储数据由用户写入。但只能写一次。,写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。,10.3.2 ROM 的结构和工作原理,一、存储矩阵,由存储单元按字,(,W,ord,),和位,(,Bit,),构成的距阵,由存储距阵、地址译码器(和输出电路)组成,存储矩阵,输出电路,EN,1,1,1,1,D,3,R,Y,3,Y,2,Y,1,Y,0,W,0,A,0,A,1,地址译码器,位线,W,1,W,2,W,3,R,R,R,EN,D,2,D,1,D,0,(,a,),电路图,4,4,位二极管固定,ROM,字线,芯片在制造时就把需要存储的内容用电路结构固定下来，使用时无法再改变。,二极管固定ROM,字线和位线的交叉处代表一个存储单元，有二极管表示存,1,，否则表示存,0,。,A,1,A,0,D,3,D,2,D,1,D,0,0 0,0,0,0,0,0 1,0,0,0,1,1 0,1,1,1,0,1 1,1,1,1,1,4,4,位,ROM,数据表,1.存储矩阵的结构与工作原理,4,4 存储矩阵结构示意图,W,3,W,2,W,1,W,0,D,3,D,2,D,1,D,0,字线,位线,字线与位线的交叉点即为,存储单元,。,每个存储单元可以存储 1 位二进制数。,交叉处的圆点 “”表示存储“1”；交叉处无圆点表示存储“0”。,当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线,D,3,D,0,输出。,10 1 1,10 1 1,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=位数。,W,3,1.存储矩阵的结构与工作原理,3.存储单元结构,2.存储单元结构,(,1,),固定 ROM 的存储单元结构,二极管 ROM,TTL,-,ROM,MOS,-,ROM,W,i,D,j,W,i,D,j,V,CC,W,i,D,j,+,V,DD,1,接半导体管后成为储 1 单元；若不接半导体管，则为储 0 单元。,(,2,),PROM 的存储单元结构,PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为全 1,(,或全 0,),。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0,(,或 1,),这只要将需储 0,(,或 1,),单元的熔丝烧断即可。,熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM 只能一次编程。,二极管 ROM,TTL,-,ROM,MOS,-,ROM,W,i,D,j,W,i,D,j,V,CC,W,i,D,j,+,V,DD,1,熔丝,熔丝,熔丝,(,3,),可擦除 PROM 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。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，以免破坏芯片内信息。,E,2,PROM 可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次完成，性能更优越。,用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。构成EPROM和EEPROM,34m,N,+,N,+,SiO,2,P,型硅衬底,S,G,D,控制栅,(,多晶硅,),浮栅,(,多晶硅,),构成EPROM存储单元的叠层栅,MOS,管剖面示意图,SiO,2,P,S,1,G,1,D,1,擦写栅,(,多晶硅,),浮栅,(,多晶硅,),构成,EEPROM,存储单元的浮置栅型场效应管示意图,N,+,N,+,SiO,2,极薄层,G,1,D,1,S,1,0,+21V,(,a,),剖面示意图,(,b,),浮栅俘获电子示意图,刚才介绍了ROM中的存储距阵，,下面将学习ROM中的地址译码器。,(二)地址译码器,二、,地址译码器,从 ROM 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线，使该字内容通过位线输出。,例如，某 ROM 有 4 位地址码，则可选择 2,4,=16 个字。设输入地址码为 1011，则字线,W,11,被选中，该 字内容通过位线输出。,存储矩阵中存储单元的编址方式,单译码编址方式,双译码编址方式,适用于小容量存储器。,适用于大容量存储器。,又称单译码编址方式或单地址寻址方式,D,1,D,7,地,址,译,码,器,0,0,1,0,31,0,31,1,0,1,1,1,A,0,A,1,A,4,31,7,0,7,1,7,W,0,W,1,W,31,D,0,单地址译码方式 32,8 存储器的结构图,1.单地址译码方式,一个,n,位地址码的 ROM 有 2,n,个字，对应 2,n,根字线，,选中字线,W,i,就选中了该字的所有位。,32,8 存储矩阵排成 32 行 8 列，每一行对应一个字，每一列对应 32 个字的同一位。32 个字需要 5 根地址输入线。当,A,4,A,0,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,A,4,A,0,=00010 时，选中字线,W,2,，可将(0，0)(0，7),这 8 个基本存储单元的内容同时读出。,基本单元为 存储单元,A,5,A,7,行地,址,译,码,器,W,0,W,1,W,15,W,31,W,16,W,17,A,0,A,1,A,3,W,255,W,240,W,241,X,0,X,1,X,15,A,4,双地址译码方式 256 字存储器的结构图,A,2,列,地,址,译,码,器,A,6,Y,1,Y,15,Y,0,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,2.双地址译码方式,基本单元为字单元,例如 当,A,7,A,0,=00011111 时，,X,15,和,Y,1,地址线均 为高电平，字,W,31,被选中，其存储内容被读出。,若采用单地址译码方式，则需 256 根内部地址线。,256 字存储器需要 8 根地址线，分为,A,7,A,4,和,A,3,A,0,两组。,A,3,A,0,送入行地址译码器，产生 16 根行地址线(,X,i,)；,A,7,A,4,送入列地址译码器，产生 16 根列地址线(,Y,i,)。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。,10.3.3、集成 EPROM 举例,27 系列 EPROM 是最常用的 EPROM，型号从 2716、2732、2764 一直到 27C040。存储容量分别为 2K,8、4K,8一直到 512K,8。下面以 Intel 2716 为例，介绍EPROM功能及使用方法。,V,CC,Intel 2716,A,8,A,9,V,PP,OE,A,10,CS,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,0,D,1,D,2,GND,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,14,13,A,10,A,0,为地址码输入端。,D,7,D,0,为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。,V,CC,和 GND：+5 V 工作电源和地。,V,PP,为编程高电平输入端。编程时加+25 V,电压，工作时加+5 V,电压。,一、Intel 2716的,引脚图及其功能,CS,有两种功能：,(,1,),工作时为片选使能端，低电 平有效。,CS,=0 时，芯片被 选中，处于工作状态。,(,2,),编程时为编程脉冲输入端。,OE,为允许数据输出端，低电平有效。,OE,=0 时，允许读出数据；,OE,=1 时，不能读出数据。,存储容量为 2 K 字,二、,由,CS,、,OE,和,V,PP,的不同状态，确定 2716 的下列 5 种工作方式,1、,读方式：当,CS,=0、,OE,=0,，并有地址码输入时，,从,D,7,D,0,读出,该地址单元的数据。,2、,维持方式：当,CS,=1,时，数据输出端,D,7,D,0,呈高阻,隔离态,，此时芯片处于维持状态，电源电,流下降到维持电流 27 mA 以下。,3、,编程方式：,OE,=1,，在,V,PP,加入 25 V,编程电压，在地址,线上输入单元地址，数据线上输入要写入的,数据后，在,CS,端送入 50 ms 宽的编程正脉,冲,，数据就被写入到由地址码确定的存储单,元中。,4、,编程禁止：在编程方式下，如果,CS,端不送入编程正脉 冲，而保持低