數(shù)字電路康華光第五版半導(dǎo)體存儲器

半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器（簡稱存儲器）是一種能存儲大量二值信息或數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件。對存儲器的操作（也稱為訪問）通常分為兩類：讀操作和寫操作。讀操作是從存儲器中取出其存儲信息的過程；寫操作是把信息存入到存儲器的過程。存儲器的技術(shù)指標(biāo)包括存儲容量、存取速度、可靠性、功耗、工作溫度范圍和體積等。一、概述1存儲容量（M)：存儲二值信息的總量。字?jǐn)?shù)：字的總量。字長（位數(shù)）：表示一個信息多位二進制碼稱為一個字，字的位數(shù)稱為字長。M＝字?jǐn)?shù)×位數(shù)地址：每個字的編號。字?jǐn)?shù)=2n（n為存儲器外部地址線的線數(shù)）例如：一個內(nèi)有8192個基本存儲單元的存儲器，其存儲容量為8Kbit（1K=210=1024）；如果這個存儲器每次可以讀（寫）8位二值碼，說明它可以存儲1K個字，每字為8位，這時的存儲容量也可以用1K

8位來表示。一、概述2半導(dǎo)體存儲器的分類按讀寫功能分為：只讀存儲器（Read-OnlyMemory，ROM）和隨機存儲器（RandomAccessMemory，RAM）。按在計算機系統(tǒng)中的作用分為：主存儲器（內(nèi)存）、輔助存儲器（外存）和高速緩沖存儲器。按信息的可保存性分為：易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器——在系統(tǒng)關(guān)閉時會失去存儲的信息，它需要持續(xù)的電源供應(yīng)以維持?jǐn)?shù)據(jù)。大部分的RAM都屬于此類。非易失存儲器——在系統(tǒng)關(guān)閉或無電源供應(yīng)時仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)信息，如ROM半導(dǎo)體存儲器、磁介質(zhì)或光介質(zhì)存儲器。一、概述3只讀存儲器

——在正常工作狀態(tài)時，內(nèi)容只能讀出，不能隨時寫入，所以稱為只讀存儲器。(Read-OnlyMemory)1、ROM的分類按寫入情況劃分

固定ROM（掩膜ROM）可編程ROM可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電可擦除PROM（E2PROM）按存貯單元中器件劃分

二極管ROM三極管ROMMOS管ROM二、只讀存儲器快閃存儲器（FLASH）4固定ROM所存儲的數(shù)據(jù)已由生產(chǎn)廠家在制造時用掩模板確定，用戶無法進行更改，所以也稱掩模編程ROM。PROM在出廠時，存儲內(nèi)容全為1或全為0，用戶根據(jù)自己的需要進行編程，但只能寫入一次，一旦寫入則不能再修改。EPROM具有較強的靈活性，它存儲的內(nèi)容既可按用戶需要寫入，也可以用紫外線或X射線照射15~20min擦除其全部內(nèi)容后，重新寫入。E2PROM包括的PROM、電信號擦除PROM和快閃存儲器。52、ROM的基本結(jié)構(gòu)存儲矩陣地址譯碼器地址輸入數(shù)據(jù)輸出控制信號輸入輸出控制電路6二極管ROM存儲矩陣位線字線輸出控制電路M=4

4地址譯碼器7字線與位線的交點都是一個存儲單元。交點處有二極管相當(dāng)存1，無二極管相當(dāng)存0當(dāng)OE=1時輸出為高阻狀態(tài)。000101111101111010001101地址A1A0D3D2D1D0內(nèi)容當(dāng)OE=0時二極管ROM8行線存儲矩陣列線行線與列線的交點都是一個存儲單元。交點處有MOS管相當(dāng)存0，無MOS管相當(dāng)存1。3、二維譯碼該存儲器的容量=?94、集成電路ROMAT27C010128K×8位ROM

10115、ROM的讀操作與時序圖（2）加入有效的片選信號；（3）使輸出使能信號有效，經(jīng)過一定延時后，有效數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上；（4）讓片選信號或輸出使能信號無效，經(jīng)過一定延時后數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)，本次讀出結(jié)束。（1）欲讀取單元的地址加到存儲器的地址輸入端；12（1）用于存儲固定的專用程序。（2）利用ROM可實現(xiàn)查表或碼制變換等功能。（3）由于ROM是一種組合邏輯電路，因此可以用它來實現(xiàn)各種組合邏輯函數(shù)，特別是多輸入、多輸出的邏輯函數(shù)。6、ROM的應(yīng)用舉例13利用ROM可實現(xiàn)查表或碼制變換等功能查表功能——查某個角度的三角函數(shù)

把變量值（角度）作為地址碼，其對應(yīng)的函數(shù)值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱為“造表”。使用時，根據(jù)輸入的地址(角度)，就可在輸出端得到所需的函數(shù)值，這就稱為“查表”。

碼制變換

——把欲變換的編碼作為地址，把最終的目的編碼作為相應(yīng)存儲單元中的內(nèi)容即可。6、ROM的應(yīng)用舉例14CI3I2I1I0二進制碼O3O2O1O0格雷碼CI3I2I1I0格雷碼O3O2O1O0二進制碼000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010用ROM實現(xiàn)二進制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路15C(A4)I3I2I1I0(A3A2A1A0)二進制碼O3O2O1O0(D3D2D1D0)格雷碼C(A4)I3I2I1I0(A3A2A1A0)格雷碼O3O2O1O0(D3D2D1D0)二進制碼000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010C=A4I3I2I1I0=A3A2A1A0O3O2O1O0=D3D2D1D016用ROM實現(xiàn)二進制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路

17利用ROM實現(xiàn)組合邏輯電路6、ROM的應(yīng)用舉例設(shè)計方法：列出其真值表或?qū)⒈磉_式轉(zhuǎn)換成最小項表達式；將ROM地址線作為輸入，數(shù)據(jù)線作為輸出，根據(jù)表達式接入存儲器件。18例：用ROM實現(xiàn)以下多輸出函數(shù)，并畫出其存儲矩陣連接圖。4個輸入變量和4個輸出變量，可選用24×4位的ROM來實現(xiàn)該電路。19將函數(shù)變換成最小項表達式20畫出ROM存儲矩陣連接圖21三、隨機存取存儲器RAM靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM（DRAM）隨機存取存儲器RAM，又稱為讀寫存儲器。在工作過程中，既可從RAM的任意單元讀出信息，又可以把外部信息寫入任意單元。SRAM的數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，數(shù)據(jù)就能保存，但其集成度受到限制。SRAM速度非?？欤鋬r格較貴。DRAM一般采用MOS管的柵極電容來存儲信息，必須由刷新電路定期刷新。SRAM集成度高，但速度比SRAM慢。221、SRAM讀/寫控制電路用于對電路的工作狀態(tài)進行控制。當(dāng)讀/寫控制信號為高電平時，執(zhí)行讀操作；當(dāng)讀/寫控制信號為低電平時，執(zhí)行寫操作。23RAM的工作模式24SRAM的存儲單元雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路列存儲單元公用的門控制管，與讀寫控制電路相接Yi＝1時導(dǎo)通本單元門控制管:控制觸發(fā)器與位線的接通。Xi=1時導(dǎo)通來自列地址譯碼器的輸出來自行地址譯碼器的輸出25T1、T2和T3、T4組成的基本SR鎖存器，用以存儲二值信息。T5、T6、T7和T8為門控管。當(dāng)X、Y都為1時，門控管導(dǎo)通，此單元被選中，并與數(shù)據(jù)線接通，可以執(zhí)行讀/寫操作。26靜態(tài)存儲單元存在的問題：1）是靠鎖存器來存儲數(shù)據(jù)的，功耗較大。2）由于每個單元要用多個管子，芯片的面積較大。為提高集成度、減小芯片尺寸、降低功耗，常利用MOS管柵極電容的電荷存儲效應(yīng)來組成動態(tài)存儲器，以構(gòu)成動態(tài)MOS存儲單元。27T存儲單元寫操作:X=1=0T導(dǎo)通，電容器C與位線B連通輸入緩沖器被選通，數(shù)據(jù)DI經(jīng)緩沖器和位線寫入存儲單元如果DI為1，則向電容器充電，C存1;反之電容器放電,C存0。-刷新R行選線X讀/寫輸出緩沖器/靈敏放大器刷新緩沖器輸入緩沖器位線B2、DRAM28讀操作:X=1=1T導(dǎo)通，電容器C與位線B連通輸出緩沖器/靈敏放大器被選通，C中存儲的數(shù)據(jù)通過位線和緩沖器輸出。每次讀出后，必須及時對讀出單元刷新，即此時刷新控制R也為高電平，則讀出的數(shù)據(jù)又經(jīng)刷新緩沖器和位線對電容器C進行刷新。T-刷新R行選線X讀/寫輸出緩沖器/靈敏放大器刷新緩沖器輸入緩沖器位線B2、DRAM29四、存儲器容量的擴展位擴展可以利用芯片的并聯(lián)方式實現(xiàn)?！ぁぁE┇A11A0···WED0D1

D2

D3WECEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3D12D13D14D15CEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3WE1、字長（位數(shù)）的擴展——用4K×4位的芯片組成4K×16位的存儲系統(tǒng)。302、字?jǐn)?shù)的擴展——用8K×8位的芯片組成32K×8位的存儲系統(tǒng)。RAM1D0D7A0A12CE1芯片數(shù)=4RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1系統(tǒng)地址線數(shù)=15系統(tǒng)地址:A0~A14

A13~A14?2000H2001H2002H┇3FFFH4000H400H4002H┇5FFFH6000H6001H6002H┇7FFFH0000H0001H0002H┇1FFFH芯片地址:A0~A12

四、存儲器容量的擴展3132K×8位存儲器系統(tǒng)的地址分配表各RAM芯片譯碼器有效輸出端擴展的地址輸入端A14A138K×8位RAM芯片地址輸入端

A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0對應(yīng)的十六進制地址碼

Ⅰ

00

00000

0

0

0

0

0

0

0

000000

0

0

0

0

0

0

0

100000

0

0

0

0

0

0

1

0┇11111

1

1

1

1

1

1

1

10000H0001H0002H┇1FFFH

Ⅱ

01

00000

0

0

0

0

0

0

0

000000

0

0

0

0

0

0

0

100000

0

0

0

0

0

0

1

0┇11111

1

1

1

1

1

1