大规模集成电路(3)课件

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1、大规模集成电路(3)课件1第八章第八章 大规模集成电路大规模集成电路 大规模集成电路是指集成度达到每片包含大规模集成电路是指集成度达到每片包含1000个元件（或个元件（或等效等效100个门）以上的集成电路，而超超大规模的集成电路，个门）以上的集成电路，而超超大规模的集成电路，每片元件数可达百万个。每片元件数可达百万个。大规模集成电路的集成度高，包含了很多组合逻辑电路和大规模集成电路的集成度高，包含了很多组合逻辑电路和时序逻辑电路，形成了具有复杂逻辑功能的数字系统。时序逻辑电路，形成了具有复杂逻辑功能的数字系统。大规模集成电路的种类很多，按其应用角度可以分为两大类：大规模集成电路的种类很多，按其

2、应用角度可以分为两大类：一类为通用形，如各种形号的存储器、微处理器；另一类属于专一类为通用形，如各种形号的存储器、微处理器；另一类属于专用形，只能在少数设备中使用。用形，只能在少数设备中使用。大规模集成电路(3)课件2 大规模集成电路从制造工艺的角度，也可以分为两大类大规模集成电路从制造工艺的角度，也可以分为两大类:一类为双极型，另一类是一类为双极型，另一类是MOS型大规模集成电路型大规模集成电路 应用大规模集成电路后，可以有效地提高电子设备的性能，应用大规模集成电路后，可以有效地提高电子设备的性能，可以大大减少设备的体积和重量，降低功耗可以大大减少设备的体积和重量，降低功耗 本章节主要介绍组

3、成大规模集成电路蝗基本单元电路本章节主要介绍组成大规模集成电路蝗基本单元电路,它它们是组成各种大规模集成器件的基础们是组成各种大规模集成器件的基础.大规模集成电路(3)课件3第一节第一节 动态移位寄存器和顺序存取存储器动态移位寄存器和顺序存取存储器(SAM)在第六章中介绍的移位寄存器属于静态移存器在第六章中介绍的移位寄存器属于静态移存器,由于它的由于它的功耗和占用基片面积都相当大功耗和占用基片面积都相当大,不适合于大规模集成不适合于大规模集成,这一节讨这一节讨论适合大规模集成的动态移存器论适合大规模集成的动态移存器.动态移存器利用动态移存器利用MOS管的栅极和基片之间的输入管的栅极和基片之间的

4、输入电容来暂存信息电容来暂存信息,在充电后在充电后,即使去掉输入信号即使去掉输入信号,电容中电容中的信号不会马上放掉的信号不会马上放掉,至少可以维持几毫秒至少可以维持几毫秒.故必须在移故必须在移位脉冲不断作用下位脉冲不断作用下,才能长久保存信息才能长久保存信息.所以它只能在动所以它只能在动态中运用态中运用,故称之为动态移存器故称之为动态移存器.大规模集成电路(3)课件4一、动态一、动态MOS反相器反相器1.动态有比动态有比MOS反相器反相器 2.动态无比动态无比MOS反相器反相器二、动态二、动态MOS移位寄存器单元移位寄存器单元1.两相动态有比移位寄存器单元两相动态有比移位寄存器单元2.两相动

5、态无比移位寄存器单元两相动态无比移位寄存器单元3.CMOS动态移存单元动态移存单元三、三、K位动态移位寄存器位动态移位寄存器四、顺序存取存储器四、顺序存取存储器1.先入先出顺序存取存储器先入先出顺序存取存储器 2.先入后出顺序先入后出顺序(FILO)存储器存储器大规模集成电路(3)课件5第二节第二节 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）随机存取存储器又叫随机读/写存储器，简称RAM，指的是可以从任意选定的单元读出数据，或将数据写入任意选定的存储单元。优点：读写方便，使用灵活。缺点：掉电丢失信息。分类：SRAM（静态随机存取存储器）DRAM（动态随机存取存储器）大规模集成电路(3)课件6 R

6、AM的结构和读写原理（1）RAM 的结构框图图8-1 RAM 的结构框图I/O端画双箭是因为数据即可由此端口读出，也可写入大规模集成电路(3)课件7 存储矩阵 共有28（256）行24（16）列共212（4096）个信息单元（即字）每个信息单元有k位二进制数（1或0）存储器中存储单元的数量称为存储容量（字数位数k）。大规模集成电路(3)课件8 地址译码器 行地址译码器：输入8位行地址码，输出256条行选择线（用x表示）列地址译码器：输入4位列地址码，输出16条列选择线（用Y表示）大规模集成电路(3)课件9 当R/W=0时，进行数据操作。当R/W=1时，进行数据操作。大规模集成电路(3)课件10

7、图8-2 RAM存储矩阵的示意图 2564（256个字，每个字4位）RAM存储矩阵的示意图。如果X0Y01，则选中第一个信息单元的4个存储单元，可以对这4个存储单元进行读出或写入。大规模集成电路(3)课件11 当CS=时，RAM被选中工作。若 A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0 表示选中列地址为A11A10A9A8=0000、行地址为A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存储单元。此时只有X0和Y0为有效，则选中第一个信息单元的k个存储单元，可以对这k个存储单元进行读出或写入。大规模集成电路(3)课件12若此时R/W=0时，进行入数据操作。当CS=1时，不能

8、对RAM进行读写操作，所有端均为。大规模集成电路(3)课件13 RAM的存储单元按工作原理分为：静态存储单元：利用基本RS触发器存储信息。保存的信息不易丢失。动态存储单元动态存储单元：利用：利用MOS的栅极电容来存储信息。由于电容的容量很小，以及漏电流的存在，为了保持信息，必须定时给电容充电，通常称为刷新。大规模集成电路(3)课件14图图8-2-3所示为用所示为用6只只N沟道增强型沟道增强型MOS管组成的静态单元管组成的静态单元,其其中中T1T2管组成管组成RS触发器触发器,T5T6管为门控管管为门控管,作为模拟开关使用作为模拟开关使用,以控制触发器的以控制触发器的Q端、端、Q 端与位线端与位

9、线Bj、B之间的联系。现在之间的联系。现在分析它的工作原理：分析它的工作原理：如果如果Xi=Xj=1,则该存储单元被选中（则该存储单元被选中（ij）存储单元。由于）存储单元。由于Xi=Yi=1，则，则T5，T6，T7，T8等均导通。等均导通。当当 的时，进行写数工作。由于的时，进行写数工作。由于R/W=1，则进行读数，则进行读数工作。此时门工作。此时门G1、G2禁止，门禁止，门G3工作，该单元的存储数据工作，该单元的存储数据经数据线通过门经数据线通过门G3由由I/O输出数据。输出数据。0WR一一.六管静态存储单元六管静态存储单元大规模集成电路(3)课件15二.动态存储单元大规模集成电路(3)课

10、件16三三.RAM容量的扩展容量的扩展1.1024*4位位RAM 图图8-2-7为为1024*4位位RAM的结构框图的结构框图,其中其中4096个存储单元个存储单元排列成排列成64*64矩阵矩阵,10位地址码分成两组译码位地址码分成两组译码,A4A9,6位地址位地址码加到行地址译码器上码加到行地址译码器上,其译码器的输出为其译码器的输出为X0X63,从从64行存行存储单元中选出指定的一行储单元中选出指定的一行,另外另外4位地址码加到列地址译码器位地址码加到列地址译码器,其输出为其输出为Y015,再从已选中的一行里选出要进行读再从已选中的一行里选出要进行读/写的写的4个个存储单元存储单元.大规模

11、集成电路(3)课件172.2.位扩展法位扩展法 位扩展（即字长扩展）：将多片存储器经适当的连接，组成位数增多、字数不变的存储器。方法：用同一地址信号控制 n个相同字数的RAM。大规模集成电路(3)课件18 例：将2561的RAM扩展为 2568的RAM。将8块2561的RAM的所有地址线和CS（片选线）分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个RAM输出的一位。大规模集成电路(3)课件192568RAM需2561RAM的芯片数为：812568256一片存储容量总存储容量N图8-10 RAM位扩展 将将2562561 1的的RAMRAM扩展为扩展为2562568 8的的RAMRAM大规模集成电

12、路(3)课件20 3.字扩展法 将多片存储器经适当的连接，组成字数更多，而位数不变的存储器。例：由10248的 RAM扩展为40968的RAM。共需四片10248的 RAM芯片。10248的 RAM有10根地址输入线A9A0。40968的RAM有12根地址输入线A11A0。选用2线-4线译码器，将输入接高位地址A11、A10，输出分别控制四片RAM的片选端。大规模集成电路(3)课件21 图8-11 RAM字扩展 由10248的 RAM扩展为40968的RAM大规模集成电路(3)课件22 字位扩展 例：将10244的RAM扩展为20488 RAM。位扩展需2片芯片，字扩展需2片芯片，共需4片芯片。字扩展只增加一条地址输入线A10，可用一反相器便能实现对两片RAM片选端的控制。字扩展是对存储器输入端口的扩展，位扩展是对存储器输出端口的扩展。大规模集成电路(3)课件23图8-12 RAM的字位扩展 将10244的RAM扩展为20488 RAM大规模集成电路(3)课件24第三节 只读存储器(ROM)n一、功能和结构10AAn个输入(地址输入)字线 (与)译码输出 与阵列或阵列位线 (或)字输出 m个 1Fn2_010_11AAAAF存储单元有 (或阵列中的节点数)mn2大规模集成电路(3)课件25作业题8-18-28-38-58-6