《存儲器、CPL》PPT課件

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1、 學(xué) 習(xí) 完 本 章 后 ， 應(yīng) 該 能 做 到 ：1、 闡 明 ROM 、 RAM的 結(jié) 構(gòu) 特 點 及 其 工 作 原 理 。2、 簡 述 PROM、 EPROM、 EEPROM等 概 念 。3、 簡 述 SRAM、 DRAM、 地 址 、 位 、 字 等 概 念 。4、 闡 述 位 擴 展 、 字 擴 展 的 方 法 ， 并 熟 練 運 用 。5、 簡 述 半 導(dǎo) 體 存 儲 器 的 應(yīng) 用 。第 七 章 存 儲 器 、 CPLD 第 七 章 存 儲 器 、 CPLD 概 述7.1 只 讀 存 儲 器7.2 隨 機 存 取 存 儲 器7.3 可 編 程 邏 輯 器 件 存 儲 器 是 一

2、 種 能 存 儲 大 量 二 值 信 息 的 半 導(dǎo) 體 器 件 。 由 于 要 求 存 儲 的 數(shù) 據(jù) 量 往 往 很 大 ， 因 而 不 可 能 將 每 個 存 儲 單元 電 路 的 輸 入 和 輸 出 端 象 寄 存 器 那 樣 固 定 地 引 出 。 半 導(dǎo) 體 存儲 器 采 用 了 按 地 址 存 放 數(shù) 據(jù) 的 方 法 ， 只 有 那 些 被 輸 入 地 址 代碼 指 定 的 存 儲 單 元 才 能 與 輸 入 /輸 出 端 接 通 ， 進 行 數(shù) 據(jù) 的 讀 出和 寫 入 。 半 導(dǎo) 體 存 儲 器 的 分 類 （ 根 據(jù) 使 用 功 能 的 不 同 ）（ 1） 只 讀 存 儲

3、器 （ ROM） （ Read-only memory ） 。（ 2） 隨 機 存 取 存 儲 器 （ RAM） （ Random access memory） 。概 述 存 儲 容 量 ： 用 來 衡 量 存 儲 器 存 放 數(shù) 據(jù) 的 能 力 指 標(biāo) ， 指 存 儲 單 元 的 總 數(shù) 。 存 儲 單 元 的 最 基 本 的 單 位 是 位 和 字 ， 字 的 位 數(shù)叫 字 長 ， 存 儲 容 量 通 常 表 示 為 “ m字 n位 ” 。 210=1024=1K（ 字 位 ） ， 220=1048576=1024K=1M（ 字 位 ） 例 ： 微 型 計 算 機 中 常 用 的 2114

4、型 靜 態(tài) RAM的 容 量 為1K 4 。 4116型 動 態(tài) RAM的 容 量 為 16K 1 。 2716型 EPROM的 容 量 為 2K 8 。半導(dǎo)體存儲器的主要性能指標(biāo) 存 儲 速 度 ： 通 常 用 存 取 周 期 來 描 述 。 存 取 周 期 是指 從 存 儲 器 開 始 存 取 第 一 個 字 到 能 夠 存 取 第 二個 字 為 止 所 需 的 時 間 。例 ： 微 型 計 算 機 中 常 用 的 2114型 靜 態(tài) RAM的讀 、 寫 周 期 均 為 200ns， 4116型 動 態(tài) RAM的讀 、 寫 周 期 均 為 375ns。半導(dǎo)體存儲器的主要性能指標(biāo) 7.1 只

5、讀存儲器（ROM） 只讀存儲器，工作時其存儲的內(nèi)容固定不變。且只能讀出，不能隨時寫入。工作時，將一個給定的地址碼加到ROM的地址輸入端，便可在它的輸出端得到一個事先存入的確定數(shù)據(jù)。 只讀存儲器存入數(shù)據(jù)的過程，稱為對ROM進行編程。 ROM的分類按 存 貯 矩 陣中 器 件 類 型 固 定 ROM-PROM- EPROM- Flash Memory- E2PROM- 二 極 管 ROM三 極 管 ROMMOS管 ROM按 寫 入方 式 廠 家 裝 入 數(shù) 據(jù) ， 永 不 改 變用 戶 裝 入 ， 只 可 裝 一 次 ， 永 不 改 變用 戶 裝 入 ， 紫 外 線 擦 除用 戶 裝 入 ， 電

6、可 擦 除高 集 成 度 ， 大 容 量 存儲矩陣 三態(tài)緩沖器 地址譯碼器數(shù) 據(jù) 輸 出 地址輸入 ROM的基本結(jié)構(gòu) 固定ROM主要由地址譯碼器、存儲單元矩陣和輸出緩沖器三部分組成。字 線 容 量 =字 線 位 線位 線控 制 信 號 輸 入 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0 地 址 譯 碼 器 00 01 10 11 EN 存儲 矩陣字線位線二極管ROM以44為例 存儲 單元1011111000111100譯碼器 輸出緩 沖器任 何 時 刻 只 有 一 根 字 線 為 高 電 平 。 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0

7、 地 址 譯 碼 器 00 01 10 11 EN +5V +VDD 三極管ROM和NMOS管ROM 有 一 種 可 編 程 序 的 ROM ， 在 出 廠 時 全 部 存 儲 “1” ， 用 戶 可 根 據(jù) 需 要 將 某 些 單 元 改 寫 為 “0” ,但 是 ， 只 能 改 寫 一 次 ， 稱 為 PROM。字線位線熔斷絲 若 將 熔 絲 燒 斷 ， 該單 元 則 變 成 “0” 。 顯然 ， 一 旦 燒 斷 后 不 能再 恢 復(fù) ?？删幊蘎OM（PROM） （1） 用于存儲固定的數(shù)據(jù)、表格（2） 碼制變換ROM的簡單應(yīng)用（3） 用戶程序的存貯（4） 構(gòu)成組合邏輯電路 例 1 用ROM

8、實現(xiàn)十進制譯碼顯示電路。 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

9、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地址單元的內(nèi)容對應(yīng)七段數(shù)碼0 1001 地 址 單 元 的內(nèi) 容 對 應(yīng) 七 段 數(shù)碼 9 這 些 單 元 不 用 m0m1m2m9 例 2 用ROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)。 2/4線譯碼器A1 A0 m 0m 1m 2m 3D0 D1 D2 D3 0101010 AAAAAAD 011 AAD 01013 AAAAD 012 AAD 7.2 隨機存取存儲器( RAM ) 隨 機 存 儲 器 又 稱 讀 寫 存 儲 器 特

10、點 ： 在 工 作 過 程 中 ， 既 可 從 存 儲 器 的 任 意 單 元讀 出 信 息 ， 又 可 以 把 外 界 信 息 寫 入 任 意 單 元 ， 因此 它 被 稱 為 隨 機 存 儲 器 。 分 類 : 按 功 能 分 靜 態(tài) SRAM 、 動 態(tài) DRAM兩 類 ； 按 所 用 器 件 分 雙 極 型 、 MOS型 兩 種 。 RAM的基本結(jié)構(gòu)存 儲 矩 陣 讀 /寫控 制 器控 制 器地址譯碼器地址碼輸片 選讀 /寫 控 制輸 入 /輸 出入入 存儲單元 Y0 Y1 Y7 A4 X 1 X31 X0 列 地 址 譯 碼 器 行地址 譯碼器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A

11、7 例如：容量為2561 的存儲器 （1）地址譯碼器 8根 列 地 址選 擇 線32根 行 地 址選 擇 線 32 8 =256個 存 儲 單 元 譯 碼方 式 單 譯 碼 雙 譯 碼 -n位 地 址 構(gòu) 成 2n 條 地 址 線 。 若 n=10， 則 有 1024條 地 址 線- 將 地 址 分 成 兩 部 分 ， 分 別 由 行 譯 碼 器 和 列 譯 碼 器 共 同 譯 碼 其 輸 出 為 存 儲 矩 陣 的 行 列 選 擇 線 ， 由 它 們 共 同 確 定 欲 選 擇 的 地 址 單 元 。若給出地址A7-A0=001 00001，將選中哪個存儲單元讀/寫？ 存儲單元 Y0 Y1

12、Y7 A4 X1 X31 X0 列 地 址 譯 碼 器 行地 址譯碼器 A5 A3 A2 A1 A 0 A6 A7 若容量為2564 的存儲器，有256個字，8根地址線A7-A0，但其數(shù)據(jù)線有4根，每字4位。8根 列 地址 選 擇 線32根 行 地址 選 擇 線 1024個存 儲 單元 若給出地址A 7-A0 = 000 11111，哪個單元的內(nèi)容可讀/寫？ T8 T7 VDD VG G T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列 選 擇 線 ) Xi (行 選 擇 線 ) 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線 D D 位線 B 位線 B 存 儲單 元 （2） 存儲矩陣 靜 態(tài) RAM存儲單元（SRAM）-以

13、六 管 靜 態(tài)存儲單元為例基 本 RS觸 發(fā) 器控 制 該 單 元 與 位 線的 通 斷控 制 位 線 與 數(shù) 據(jù) 線 的 通 斷 X i =0， T5、 T6截 止 ， 觸 發(fā) 器 與位 線 隔 離 。 T1-T6構(gòu) 成 一個 存 儲 單 元 。 T3、T4為 負(fù) 載 ， T1、T2為 基 本 RS觸 發(fā)器 。來 自 行 地 址 譯碼 器 的 輸 出 T8 T7 VDD VG G T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列 選 擇 線 ) Xi (行 選 擇 線 ) 數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線 D D 位線 B 位線 B 存 儲單 元 （2） 存儲矩陣Xi =1， T5、 T6導(dǎo) 通 ， 觸 發(fā) 器

14、 與位 線 接 通 。Yj =1， T7 、 T8均 導(dǎo) 通 ， 觸 發(fā) 器的 輸 出 與 數(shù) 據(jù) 線接 通 ， 該 單 元 數(shù)據(jù) 可 傳 送 。 來 自 列 地 址 譯碼 器 的 輸 出 靜 態(tài) RAM存儲單元（SRAM）-以 六 管 靜 態(tài)存儲單元為例來 自 行 地 址 譯碼 器 的 輸 出 T7 Yi T8 Yi & & R/ W CS I/O 1 2 3 4 5 D D （3）片選信號與讀/寫控制電路 當(dāng) CS=0時 ， 選 中 該 單 元 . 若 R/W=1， 三 態(tài) 門 1、 2關(guān) , 3開 ， 數(shù) 據(jù) 通 過 門 3傳 到I/O口 ， 進 行 讀 操 作 ； 當(dāng) CS=1時 ，

15、三 態(tài) 門 均為 高 阻 態(tài) ， I/O口 與 RAM內(nèi)部 隔 離 。 當(dāng) Xi和 Yi中 有 一 消 失 ， 該 單 元 與 數(shù) 據(jù) 線 聯(lián) 系 被 切 斷 ， 由 于 互 鎖 作用 ， 信 息 將 被 保 存 。 若 R/W=0， 門 1、 2開 ，門 3關(guān) ， 數(shù) 據(jù) 將 從 I/O口 通 過門 1、 2， 向 T7、 T8寫 入 ， 進行 寫 操 作 。 RAM存儲容量的擴展1. 位數(shù) （字長）的擴展 D0 D1 D2 D3 D12 D13 D14 D15 例 1 用 4K 4位 的 RAM擴 展 為 4K 16位 的 RAM CS A11 A0 R/W R/W CS A 0 A11

16、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 即該芯片 A12A0 CS WR/ D7D0 8K 8位 13 8 8K8 功能框圖 2. 字?jǐn)?shù)的擴展 字?jǐn)?shù)的擴展可利用外加譯碼器控制存儲器芯片的片選輸入端CS來實現(xiàn)。 假設(shè)某芯片的存儲容量為： 8K 8 （即8192字8位）。數(shù)據(jù)線共有：地址線共有：13 根（ A12A0 ）8根（D7D0） 2. 字?jǐn)?shù)的擴展圖 8.1.10 A12A0 CS WR/ D7D0 8K 8位 8K 8位 8K 8位 8K 8位 D7D0 A 12A0 A1 A0 A

17、14 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 輸出 端 A14A13 I Y0 0 0 II Y1 0 1III Y2 1 0IV Y3 1 1例 2 將 8K 8位 的 RAM擴 展 為 32K 8位 的 RAM 3. 字?jǐn)?shù)、位數(shù)同時擴展例 3 用 256 4的 RAM擴 展 為 1K 8位 的 RAM Y0Y1Y2Y32/4A9 A8A 0-A7 4256

18、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 譯 碼器 存 儲 器 陣 列 256 行 328 列 輸 入 數(shù)據(jù) 控 制 列 I/O 列 譯 碼 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

19、VCC VSS A0 A1 A6 A10 A12 E1 NC DQ1 DQ2 DQ6 DQ5 DQ4 DQ3 MCM6264 G 介紹 RAM MCM6264 該 芯 片 是 摩 托 羅 拉 公 司 生 產(chǎn) 的 靜 態(tài) RAM， 28腳 雙 列 直 插 封 裝 。 1024 4位 RAM（ 2114） 的 結(jié) 構(gòu) 框 圖 4096個 存 儲 單 元排 列 成 64 64列的 矩 陣地 址 譯 碼 器 輸 入 /輸 出控 制 電 路參 考 資 料 ： 123456789 181716151413121110A2 A1 A0 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 CSG ND VCC D3 D2 D1 D0 R / WRAM 2114 管腳圖故其容量為：1024字4位（又稱為1K 4）RAM2114共有10根地址線，4根數(shù)據(jù)線。