《数字电子技术基础教学课件》上课用第七章-清华.ppt

数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础（第五版）教学课件 刘伯恕刘伯恕福州大学电气工程与自动化学院福州大学电气工程与自动化学院 电工电子教学中心电工电子教学中心数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版第七章 半导体存储器数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.1 7.1 概述概述概述概述半导体存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）半导体存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。的半导体器件。只能读出不能只能读出不能写入写入,断电不失断电不失有时往里写数，有时有时往里写数，有时往外读数往外读数,断电即失断电即失数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版详细分类：详细分类：掩模掩模ROM可编程可编程ROM（PROM）可擦除可编程可擦除可编程ROM（EPROM）随机存储器随机存储器RAM静态存储器静态存储器SRAM动态存储器动态存储器DRAMUVEPROMEEPROM只读存储器只读存储器ROMFlash Memory电可擦除电可擦除紫外线擦除紫外线擦除快闪存储器快闪存储器生产出来内容固定用户无法改变只可以一次编程，现在不大用可多次编程，用得多数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.2 7.2 只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器(ROM)ROM)7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 掩模掩模掩模掩模ROMROMROMROM 又又称称为为固固定定ROMROM。工工厂厂按按用用户户要要求求生生产产出出来来后后，用用户户不不能能改动。改动。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版一、结构一、结构存储矩阵存储矩阵：分为N行，M列，交点是存储单元（下面会讲），存储单元里可以存1或0地址译码器地址译码器：是二进制译码器。输入 是”地址输入”，n位，输出是N=2n位,每一个输出对应着存储矩阵的一行。对应于不同的地址，输出中就有一根有效（有效可以是低电平也可以是高电平）。输出线是存储矩阵的输入线，称为字线字线。选中了一根字线，就选中了这根字线上的存储单元。存储矩阵的输出，称为位线位线。选中的存储单元的数，通过位线送出去。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版工作过程：工作过程：来一组地址码，选中一根字线，字线所对应的存储单元的数据，从位线上来一组地址码，选中一根字线，字线所对应的存储单元的数据，从位线上送出来。送出来。输出是什么，取决于各个存储单元存的数。输出是什么，取决于各个存储单元存的数。如果地址如果地址n10位，数据输出位，数据输出8位，位，ROM矩阵的容量？矩阵的容量？存储器的容量：存储器的容量：“字数字数 位数位数”二、存储器的容量二、存储器的容量数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版图中的存储矩阵有图中的存储矩阵有四条字线和四条位线四条字线和四条位线。共有十六个交叉点，。共有十六个交叉点，每个交叉点都可看作一个每个交叉点都可看作一个存储单元存储单元存储单元存储单元。如：字线如：字线W W0与位线有四个交叉点，与位线有四个交叉点，其中与位线其中与位线d d0 0和和d d2 2交叉处接有交叉处接有二极管。当选中二极管。当选中W W0 0（设为高电平）（设为高电平）字线时，两个二极管导通，字线时，两个二极管导通，使位线使位线d d0 0和和d d2 2为为“1”“1”，这相当于，这相当于接有二极管的交叉点存接有二极管的交叉点存“1”“1”。存储单元：存储单元：储存单元储存单元：除了可由二极管构成外，还可由双极性三极管或MOS管构成。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版交叉点处接有二极管时，相当于存交叉点处接有二极管时，相当于存“1”“1”；交叉点处没有接二极管时，相当于存交叉点处没有接二极管时，相当于存“0”“0”；ROMROMROMROM中的存储数据表中的存储数据表中的存储数据表中的存储数据表WW0 0WW1 1WW2 2WW3 3d d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0 0 10 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0数据数据数据数据利用存储器件的导通或截止来存储一位二进制数。ROMROM中的存储数据中的存储数据中的存储数据中的存储数据:数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版存储矩阵的点阵图W3=A1A0W2=A1A 0W1=A 1A0W0=A 1A 0A1A0地地址址译译码码器器d3d2d1d0简化的简化的简化的简化的 ROM ROM存储矩阵阵列图：存储矩阵阵列图：存储矩阵阵列图：存储矩阵阵列图：从点阵图得输入输出关系：从点阵图得输入输出关系：不关心内部怎么构成，只关心存不关心内部怎么构成，只关心存0还是存还是存1：点个：点个“”，存入，存入1；没有；没有“”，存入，存入0A A0 0A A1 1d d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0 0 1 0 10 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 11 01 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 00 10 11 0 0 1 0 01 0 0 1 0 01 11 1数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版A A0 0A A1 1d d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0 0 1 0 10 0 0 1 0 10 1 1 0 1 10 1 1 0 1 11 0 0 1 0 01 0 0 1 0 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 0若给的是存储器的真值表，能写出输出表达式吗？（竖看表）以上我们学习了从以上我们学习了从“点阵点阵 图图”“输入输出关系输入输出关系表表”（真值表）数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版W3=A1A0W2=A1A 0W1=A 1A0W0=A 1A 0A1A0地地址址译译码码器器d3d2d1d0 ROM ROM点阵图点阵图点阵图点阵图与矩阵或矩阵地址译码器相当于“与”矩阵，提供最小项存储矩阵相当于“或”矩阵，将所得与项有选择地相加与矩阵固定或矩阵可编程的。“”可以点在不同位置数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版举例：地址译码器举例：地址译码器举例：地址译码器举例：地址译码器二极管与门阵列组成的二极管与门阵列组成的 二进制译码器二进制译码器“与与与与”逻辑逻辑逻辑逻辑数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版三三三三 MOS MOS MOS MOS场效应管构成的存储矩阵场效应管构成的存储矩阵场效应管构成的存储矩阵场效应管构成的存储矩阵负载管，负载管，相当于电阻相当于电阻100000111100选中选中选中选中选中选中选中选中导通导通导通导通导通导通导通导通数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.2.2 7.2.2 可编程可编程ROMROM（PROMPROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.2.3 7.2.3 可擦除的可编程可擦除的可编程ROMROM（EPROMEPROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同一、一、UVEPROM UVEPROM用紫外线擦除的用紫外线擦除的PROMPROM最早出现的最早出现的EPROM。通常说的。通常说的EPROM就是指这种。就是指这种。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版N沟道增强型沟道增强型MOS管管；有两个栅极。；有两个栅极。构造：构造：在控制栅在控制栅G GC C上加正常高电平时，能在漏上加正常高电平时，能在漏-源间构成导电通道，使源间构成导电通道，使SIMOSSIMOS导通导通电荷注入后，需要在电荷注入后，需要在G GC C上加更高上加更高压才能形成导电沟道压才能形成导电沟道VVTHTH提高提高VGSV VTHTH注入电荷前注入电荷后数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版用编程器写入用编程器写入透明的石英盖板透明的石英盖板用擦除器擦除用擦除器擦除数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版用用SIMOSSIMOS构成的构成的EPROMEPROM25612561位的位的EPROMEPROM，排成，排成16161616的矩阵的矩阵读出时：读出时：将地址低四位加到列地址译码将地址低四位加到列地址译码器上，器上，B Bi i=1=1，选中一列。，选中一列。将地址高四位加到行地址译码将地址高四位加到行地址译码器上，器上，W Wi i=1=1，选中一行；，选中一行；ENEN 0 0时，此位数据传到时，此位数据传到D D（已注入电荷的（已注入电荷的SIMOSSIMOS不通，不通，为为1 1；未注入电荷的；未注入电荷的SIMOSSIMOS通，通，为为0 0。或门与门数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、电可擦除的可编程二、电可擦除的可编程ROMROM（E E2 2PROMPROM）总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同EPROM用紫外线擦除操作复杂，速度很慢。E2PROM采用浮栅隧道氧化层MOS管，用电信号进行擦除，应用起来比EPROMEPROM方便。方便。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版三、快闪存储器（三、快闪存储器（Flash MemoryFlash Memory）E E2 2PROMPROM的存储单元用了两只的存储单元用了两只MOSMOS管，影响了集成度的提高。管，影响了集成度的提高。快闪存储器快闪存储器采用采用新型隧道氧化层新型隧道氧化层MOS管管，集成度很高集成度很高。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.5 7.5 用用ROMROM实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数一、基本原理一、基本原理根据函数的形式向根据函数的形式向ROMROM中写入相应的数据。中写入相应的数据。例例1:1:将原函数化成最小项之和形式将原函数化成最小项之和形式数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版ROM点阵图点阵图数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版例例例例2 2 2 2：用：用：用：用ROMROMROMROM实现实现实现实现全加器全加器全加器全加器全加器真值表全加器真值表全加器真值表全加器真值表A B CIS SCOCO 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 根据真值表可得：根据真值表可得：数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版根据真值表可得：根据真值表可得：W0m0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7SCOABCI最最最最小小小小项项项项译译译译码码码码器器器器构成全加器的构成全加器的构成全加器的构成全加器的ROMROM点阵图点阵图点阵图点阵图三个输入从地址输入8根字线在哪点“”？简单2根位线数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.3 7.3 随机存储器随机存储器RAMRAM 随机存取存储器（随机存取存储器（随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM），它能随时从任何一个指定，它能随时从任何一个指定，它能随时从任何一个指定，它能随时从任何一个指定地址的存储单元中取出（读出）信息，地址的存储单元中取出（读出）信息，地址的存储单元中取出（读出）信息，地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信息存入也可随时将信息存入也可随时将信息存入也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读/写存写存写存写存储器。储器。储器。储器。优点：优点：优点：优点：读读读读/写方便写方便写方便写方便缺点：缺点：缺点：缺点：一旦断电，信息容易丢失。一旦断电，信息容易丢失。一旦断电，信息容易丢失。一旦断电，信息容易丢失。ROM一般只是读出数据；EPROM等编程需要专门的设备和软件，要改变需要先擦除。是离线操作：把芯片从电路板取出。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版一、结构与工作原理一、结构与工作原理片选片选 读读/写控制写控制数据线数据线7.3.1 7.3.1 静态随机存储器（静态随机存储器（SRAMSRAM）数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版1.1.存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码数码数码数码“1”“1”或或或或“0”“0”。与。与。与。与ROMROM不同的是不同的是不同的是不同的是RAMRAM存储单元的必须由存储单元的必须由存储单元的必须由存储单元的必须由具有记忆功能的电路构成。具有记忆功能的电路构成。具有记忆功能的电路构成。具有记忆功能的电路构成。2.2.地址译码器：地址译码器：地址译码器：地址译码器：与与与与ROMROM相同。相同。相同。相同。3.3.读读读读/写控制电路：写控制电路：写控制电路：写控制电路：当当当当R R/WW =1=1时，执行读操作，时，执行读操作，时，执行读操作，时，执行读操作，R R/WW =0=0时，时，时，时，执行写操作。执行写操作。执行写操作。执行写操作。4.4.片选控制：片选控制：片选控制：片选控制：当当当当CSCS =0=0时，选中该片时，选中该片时，选中该片时，选中该片RAMRAM工作，工作，工作，工作，CSCS =1=1时该时该时该时该片片片片RAMRAM不工作。不工作。不工作。不工作。数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、二、SRAMSRAM的存储单元的存储单元六管N沟道增强型MOS管反相器反相器()()数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、二、SRAMSRAM的存储单元的存储单元六管N沟道增强型MOS管数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.4 RAM7.4 RAM容量的扩展容量的扩展7.4.1 7.4.1 位扩展方式位扩展方式适用于每片适用于每片RAMRAM字数够用而位数不够时字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片例：用八片1024 x 11024 x 1位位 1024 x 8 1024 x 8位的位的RAMRAMN=目标存储器容量目标存储器容量已有存储器容量已有存储器容量数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版7.4.2 7.4.2 字扩展方式字扩展方式适用于每片适用于每片RAMRAM位数够用而字数不够时位数够用而字数不够时1024 x 8RAM例：用四片例：用四片256 x 8256 x 8位位1024 x 81024 x 8位位 RAM RAM数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版0 00 00 01 11 11 10 01 11 10 01 11 11 10 01 11 10 01 11 11 11 11 11 10 0数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版接法：片内地址信号并联；多余地址端通过译码器接法：片内地址信号并联；多余地址端通过译码器接至各片的片选端；接至各片的片选端；I/O同名端并联。同名端并联。