[物理]第7章数字电子技术韩焱课件

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1、数 字 电 子 技 术概述概述第 7 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)存储容量的扩展存储容量的扩展数 字 电 子 技 术7.1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。数 字 电 子 技 术 7.1.1 半导体存储器的特点半导体存储器的特点 存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器按存储介质可分为三类：磁表面存储器、光盘存储器和半导体存储器。数 字 电 子 技 术存储器的分类 RAM 双极型 单极型 静态 动态 ROM ROM

2、PROM EPROM E2PROM 闪速存储器7.1.2 半导体存储器的分类半导体存储器的分类数 字 电 子 技 术 7.1.3 半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标l1存储容量 存储容量是指存储器所能存放二进制信息的总量。由于存储器中每个存储单元可存储一位二进制数据，所以存储单元的数目决定了存储器的容量。l2存储时间 存取时间是指将信息存入(写)存储器或从存储器(读)取出信息所需要的时间。存储时间越短，存储器的工作速度就越快。数 字 电 子 技 术主要要求：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

3、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。7.2只读存储器数 字 电 子 技 术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(Programmable 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)ROM 的类型及其特点 写写入入的的数数据据可可电电擦擦除除，用用户户可可以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。其其存存储储数数据据在在制制造造时时确确定定，用

4、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。其其存存储储数数据据由由用用户户写写入入。但但只能写一次。只能写一次。写写入入的的数数据据可可用用紫紫外外线线擦擦除除，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。数 字 电 子 技 术ROM的用途：1、存储各种程序代码；2、实现多输入、多输出逻辑函数真值表；3、代码的变换、符号和数字显示等有关数字电路及存储各种函数等。数 字 电 子 技 术7.2.1 固定固定ROM 图7.1 固定ROM的电路结构框图数 字 电 子 技 术图7.2 具有具有2位地址位地址输输入和入和4位数据位数据输输出的出的ROM数 字 电 子 技 术

5、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 1.1.地址译码器地址译码器从从 ROM 中中读读出出哪哪个个字字由由地地址址码码决决定定。地地址址译译码码器器的的作作用用是是：根根据据输输入入地地址址码码选选中中相相应应的的字字线，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

6、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。容量存储器。数 字 电 子 技 术 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，

7、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

8、储单元存储单元数 字 电 子 技 术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 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，

9、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。数 字 电 子 技 术 2存储矩阵存储矩阵 存储矩阵中W3

10、W0称为字线(字选线)，D00D03称为位线(数据线)。存储矩阵的真值表如表7.2所示。数 字 电 子 技 术 3输出缓冲器输出缓冲器 输出缓冲器用来提高存储器的带负载能力，并使输出缓冲器用来提高存储器的带负载能力，并使存储器的输出电平与存储器的输出电平与TTL电路的逻辑电平兼容。电路的逻辑电平兼容。同时，利用缓冲器的三态控制功能，可以实现将同时，利用缓冲器的三态控制功能，可以实现将存储器的输出端与系统的数据总线相连。存储器的输出端与系统的数据总线相连。数 字 电 子 技 术 7.2.2 可编程可编程ROMl1PROM存储单元的工作原理图7.3 PROM存存储单储单元元的的工作工作原理原理图数

11、 字 电 子 技 术 2PROM存储单元的编程原理存储单元的编程原理图7.4 16 8 b的的PROM的的结结构原理构原理图图数 字 电 子 技 术7.2.3 可擦除可编程可擦除可编程ROMl1EPROMl2E2PROMl3闪存(Flash Memory)数 字 电 子 技 术 例例 试用试用 PROM 实现下列逻辑函数实现下列逻辑函数解：解：(1)将函数化为标准与将函数化为标准与-或式或式(2)确定存储单元内容确定存储单元内容由函数由函数 Y1、Y2 的标准与的标准与-或式知：或式知：与与 Y1 相应的存储单元中，字线相应的存储单元中，字线 W1、W4、W5、W6 对应的存储单元应为对应的存

12、储单元应为 1；对应对应 m1、m4、m5、m6与与 Y2 相应的存储单元中，字线相应的存储单元中，字线 W3、W5、W6、W7 对应的存储单元应为对应的存储单元应为 1。7.2.4 ROM芯片应用举例芯片应用举例数 字 电 子 技 术(3)画出用画出用 PROM 实现的逻辑图实现的逻辑图A11B1C1&1m0m1m2m3m4m5m6m7地地址址译译码码器器Y1Y2数 字 电 子 技 术主要要求：主要要求：了解了解 RAM 的类型、结构和工作原理。的类型、结构和工作原理。了解集成了解集成 RAM 的使用。的使用。了解了解 RAM 和和 ROM 的异同的异同。7.3 随机存取存储器 了解了解 R

13、AM 的扩展方法。的扩展方法。数 字 电 子 技 术7.3.1 RAM的基本结构的基本结构地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵读读/写控制电路写控制电路2n m RAM 的结构图的结构图 A0A0An-1I/O0I/O1I/Om-1R/WCS数 字 电 子 技 术RAM 与与 ROM 的比较的比较 相相同同处处 都含有地址译码器和存储矩阵都含有地址译码器和存储矩阵 寻址原理相同寻址原理相同 相相异异处处 ROM 的存储矩阵是或阵列，的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路是组合逻辑电路。ROM 工作时工作时只能读出不能写入。掉电后数据只能读出不能写入。掉电后数据 不会丢失不会丢失。RAM 的存储矩阵

14、由触发器或动态存储单元构的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成，成，是时序逻辑电路是时序逻辑电路。RAM 工作时工作时能读出，能读出，也能写入也能写入。读或写由读。读或写由读/写控制电路进行控制。写控制电路进行控制。RAM 掉电后数据将丢失掉电后数据将丢失。数 字 电 子 技 术RAM 分类分类静态静态 RAM(即即 Static RAM，简称，简称 SRAM)动态动态 RAM(即即 Dynamic RAM，简称，简称 DRAM)DRAM 存存储储单单元元结结构构简简单单，集集成成度度高高，价价格格便便宜宜，广广泛泛地地用用于于计计算算机机中中，但但速速度度较较慢，且需要慢，且需要刷新刷新及读

15、出放大器等外围电路。及读出放大器等外围电路。DRAM 的的存存储储单单元元是是利利用用 MOS 管管具具有有极极高高的的输输入入电电阻阻，在在栅栅极极电电容容上上可可暂暂存存电电荷荷的的特特点点来来存存储储信信息息的的。由由于于栅栅极极电电容容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。SRAM 存储单元结构较复存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。杂，集成度较低，但速度快。数 字 电 子 技 术3 3读/写控制电路写控制电路图7.22 RAM的的读/写控制写控制电电路路数 字 电 子 技 术 7.3.2 SRAM的静态存储单元的

16、静态存储单元图7.23 6管管CMOS存存储单储单元的元的电电路路图图数 字 电 子 技 术 7.3.3 DRAM的动态存储单元的动态存储单元图7.25 四四管管DRAM存存储单储单元的元的电电路路图图数 字 电 子 技 术 7.4 存储容量的扩展存储容量的扩展l 7.4.1 位扩展例7.3 试用多片1024 4 b的RAM扩展成一个1024 16 b的RAM，则需要多少片这样的RAM芯片？并画出连接图。解 (1)首先计算需要的芯片数 需要的10244 b的RAM芯片数(片)(2)采用的方法 采用芯片并联的方法，进行位扩展。数 字 电 子 技 术图7.26 例例7.3的位的位扩扩展展连连接接图

17、数 字 电 子 技 术 7.4.2 字扩展字扩展l 例7.4 若用若干片2568 b的RAM芯片扩展成 一个10248 b的RAM，则需要多少片这样的 RAM芯片？并画出连接图。解:需要的256 8 b的RAM芯片数数 字 电 子 技 术数 字 电 子 技 术图7.27 例例7.4的的RAM字字扩扩展展连连接接图图数 字 电 子 技 术 1半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统的重要组成部件，它可分为统的重要组成部件，它可分为RAM和和ROM两大类，两大类，绝大多数属于绝大多数属于MOS工艺制成的大规模数字集成电工艺制成的大规模数字集成电路。路。2R

18、OM是一种非易失性的存储器，它存储的是固是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的定数据，一般只能被读出。根据数据写入方式的不同，不同，ROM又可分成固定又可分成固定ROM和可编程和可编程ROM。后者又可细分为后者又可细分为PROM,EPROM,E2PROM和快和快闪存储器等，其中闪存储器等，其中E2PROM和快闪存储器可以进和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了行电擦写，已兼有了RAM的特性。的特性。本本 章章 小小 结结数 字 电 子 技 术3RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。它所存储的数据随电源断电而消失，因此是一

19、种它所存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读易失性的读/写存储器。它包含有写存储器。它包含有SRAM和和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。因此在不停电的情况下，管栅极电容存储数据。因此在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而的数据可以长久保持，而DRAM则必须定则必须定期刷新。期刷新。4从逻辑电路构成的角度来看，从逻辑电路构成的角度来看，ROM是由与门是由与门阵列和或门阵列构成的组合逻辑电路。阵列和或门阵列构成的组合逻辑电路。ROM的的输出是输入变量最小项的组合，因此采用输出是输入变量最小项的组合，因此采用ROM可以方便地实现各种逻辑函数。可以方便地实现各种逻辑函数。