数字电路第七章.pptx

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1、教学基本要求1.掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址等基本概念。2.掌握RAM、ROM的工作原理及典型应用。3.了解存储器的存储单元的组成及工作原理。4.了解CPLD、FPGA的结构及实现逻辑功能的编程原理。第1页/共31页概 述半导体存储器能存放大量二值信息的半导体器件。可编程逻辑器件是一种通用器件，其逻辑功能是由用户通过对器件的编程来设定的。它具有集成度高、结构灵活、处理速度快、可靠性高等优点。存储器的主要性能指标取快速度存储时间短存储数据量大存储容量大第2页/共31页7.1 只读存储器7.1.1 ROM的 定义与基本结构7.1.2 两维译码7.1.3 可编程ROM7.1.4 集成电路R

2、OM7.1.5 ROM的读操作与定时图7.1.6 ROM的应用举例第3页/共31页存储器 RAM(Random-Access Memory)ROM(Read-Only Memory)RAM(随机存取存储器):在运行状态可以随时进行读或写操作。存储的数据必须有电源供应才能保存,一旦掉电,数据全部丢失。ROM(只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）。固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(Static RAM)：静态RAMDRAM(Dynamic RAM)：动态RAM7.1 只读存储器Flash Memory第4页/

3、共31页存储容量（M)：存储二值信息的总量。字 数：字的总量。字长（位数）：表示一个信息的多位二进制码称为一个字，字的位数称为字长。存储容量（M)字数位数地 址：每个字的编号。字数=2n（n为存储器外部地址线的线数）第5页/共31页 只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。(Read-Only Memory)ROM的分类按写入情况划分 固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROM按存储单元中器件划分 二极管ROM三极管ROMMOS管ROM7.1.1 ROM的 定义与基本结构Flash Memory第6页/共31页存储矩阵 地址译码器地址输入7.1.1 ROM的

4、定义与基本结构数据输出控制信号输入输出控制电路地址译码器存储矩阵输出控制电路第7页/共31页1）ROM（二极管PROM）结构示意图存储矩阵位线字线输出控制电路M=44地址译码器第8页/共31页字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有二极管相当存1，无二极管相当存0。当OE=1时输出为高阻状态000101111101111010001101地 址A1A0D3D2D1D0内 容当OE=0时第9页/共31页字线存储矩阵位线字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有MOS管相当存0，无MOS管相当存1。7.1.2 二维译码该存储器的容量=?第10页/共31页7.1.4 集成电路ROMAT27C010

5、 128K8位ROM 第11页/共31页 工作模式工作模式A16 A0VPPD7 D0读读00Ai 数据输出数据输出输出无效输出无效1 高阻高阻等待等待1 Ai 高阻高阻快速编程快速编程010AiVPP数据输入数据输入编程校验编程校验001AiVPP数据输出数据输出第12页/共31页7.1.5 ROM的读操作与时序图（2）加入有效的片选信号 ；（3）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；（4）让片选信号 或输出使能信号 无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；第13页/共31页（1）用于存储固定的专用程序（2）利用

6、ROM可实现查表或码制变换等功能 查表功能 查某个角度的三角函数 把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为“造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。7.1.6 ROM应用举例第14页/共31页CI3 I2 I1 I0二进制码二进制码O3O2O1O0格雷码格雷码CI3 I2 I1 I0格雷码格雷码O3O2O1O0二进制码二进制码00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0 000 0 0 10 0 0 110 0 0 10

7、0 0 100 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 100 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0 1 000 1 0 00 1 1 010 1 0 00 1 1 100 1 0 10 1 1 110 1 0 10 1 1 000 1 1 00 1 0 110 1 1 00 1 0 000 1 1 10 1 0 010 1 1 10 1 0 101 0 0 01 1 0 011 0 0 01 1 1 101 0 0 11 1 0 111 0 0 11 1 1 001 0 1 01 1 1 111 0 1 01 1 0 001 0 1 11 1 1 011 0 1 11

8、1 0 101 1 0 01 0 1 011 1 0 01 0 0 001 1 0 11 0 1 111 1 0 11 0 0 101 1 1 01 0 0 111 1 1 01 0 1 101 1 1 11 0 0 011 1 1 11 0 1 0用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路 第15页/共31页C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0)二进制码二进制码O3O2O1O0(D3D2D1D0)格雷码格雷码C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0)格雷码格雷码O3O2O1O0(D3D2D1D0)二进制码二进制码00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0

9、 000 0 0 10 0 0 110 0 0 10 0 0 100 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 100 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0 1 000 1 0 00 1 1 010 1 0 00 1 1 100 1 0 10 1 1 110 1 0 10 1 1 000 1 1 00 1 0 110 1 1 00 1 0 000 1 1 10 1 0 010 1 1 10 1 0 101 0 0 01 1 0 011 0 0 01 1 1 101 0 0 11 1 0 111 0 0 11 1 1 001 0 1 01 1 1 111 0 1 01 1 0

10、 001 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 101 1 0 01 0 1 011 1 0 01 0 0 001 1 0 11 0 1 111 1 0 11 0 0 101 1 1 01 0 0 111 1 1 01 0 1 101 1 1 11 0 0 011 1 1 11 0 1 0C=A4I3 I2 I1 I0=A3A2A1A0O3O2O1O0=D3D2D1D0第16页/共31页用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路 第17页/共31页7.2 随机存取存储器（RAM）7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM)7.2.2 同步静态随机存取存储器（SSRAM）7.2.4

11、存储容量的扩展7.2.3 动态随机存取存储器第18页/共31页7.2 随机存取存储器（RAM）7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM)工作模式 CE WE OE I/O0 I/Om-1 保持(微功耗)1 高阻 读 0 1 0 数据输出 写 0 0 X 数据输入 输出无效 0 1 1 高阻 片选信号写使能信号读使能信号第19页/共31页静态存储单元 T8T7VDD VGG T6T1 T4 T2 T5T3 Yj(列选择线)Xi(行选择线)数据线 数据线 DD位线 B 位线 B存储单元 静态RAM存储单元（SRAM）-以六管静态存储单元为例基本RS触发器控制位线与数据线的通断Xi=0，T5、T6截

12、止，触发器与位线隔离 T1-T6构成一个存储单元。T1、T2、T3、T4构成基本RS触发器2.RAM存储单元控制该单元与位线的通断来自行地址译码器的输出第20页/共31页 T8T7VDD VGG T6T1 T4 T2 T5T3 Yj(列选择线)Xi(行选择线)数据线 数据线 DD位线 B 位线 B存储单元 Xi=1，T5、T6导通，触发器与位线连通Yj=1，T7、T8均导通，触发器的输出与数据线接通，该单元数据可传送来自列地址译码器的输出缺点：静态RAM存储单元用管子数目多，功耗大，集成度有限 T1-T6构成一个存储单元。T3、T4为负载，T1、T2为基本RS触发器2.RAM存储单元静态存储单

13、元第21页/共31页（a）（b）3.SRAM的读写操作及时序图读操作时序图第22页/共31页写操作时序图3.SRAM的读写操作及时序图第23页/共31页 1.DRAM存储单元 T 存储单元T导通，电容器C与位线B连通 输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元DI为1，电容器充电，1写入电容C;DI为0，电容器放电，0写入电容C;-刷新R行选线X读/写输出缓冲器/灵敏放大器刷新缓冲器输入缓冲器位线B7.2.3 动态随机存取存储器写操作：X=1第24页/共31页输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出 T/刷新R行选线X输出缓冲器/灵敏放大器刷新缓冲器输入缓冲器

14、位线B每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。1.DRAM存储单元7.2.3 动态随机存取存储器读操作：X=1T导通，电容器C与位线B连通 第25页/共31页1.字长（位数）的扩展D0 D1 D2 D3 D12 D13 D14 D15 例1 用4K4位的RAM扩展为4K16位的RAM CS A11 A0 R/W R/W CSA0 A11 4K4位（1）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 R/W CSA0 A11 4K4位（4）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。即地址线、读

15、/写线、片选信号对应并联，各芯片的I/O口作为整个RAM输入/出数据端的一位。7.2.4 存储器容量的扩展第26页/共31页8K8 功能框图 字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。假设某芯片的存储容量为：8K 8位（即8192字8位）数据线共有：地址线共有：13 根（A12A0）213=8K8根（D7D0）8位A12A0 CS WR/D7D0 8K X 8 位 1382.字数的扩展7.2.4 存储器容量的扩展第27页/共31页(I)(II)(III)(IV)芯 片74139有效输出端A14A13 IY00 0 IIY10 1IIIY21 0IVY31 1例2 将8K8位的RAM扩展为32K8位的RAM 2.字数的扩展7.2.4 存储器容量的扩展第28页/共31页例3 用2564的RAM扩展为1K8位的RAM 高四位低四位Y0Y1Y2Y32/4A9 A8A7-A0425642564CSI/OI/OCS8425642564CSI/OI/OCS8443.字长、字数同时扩展7.2.4 存储器容量的扩展第29页/共31页RAM MCM62647.2.4 存储器容量的扩展第30页/共31页感谢您的观看。第31页/共31页