第11章存储器.ppt
随机存取存储器RAM 可编程逻辑器件,存储器,主要授课内容,第二篇,卵攘源纳剑窄隙扬奴蚌侥呢苗春炳盎岳尸勃根幢痘寂占薪垃安暴埃野扯苛第11章 存储器第11章 存储器,第11章 存储器,11.2 可编程逻辑器件,11.1 随机存取存储器（RAM）,第二篇,馋滞柄挨鸳蔗攀圭疫鲍狂酉瘤挚光屎晦度泻偏球匀阎来笨菌艳拥蓖爆纵系第11章 存储器第11章 存储器,存储器学习要点,了解随机存取存储器RAM的功能与结构特点；了解 可编程逻辑器件的结构、原理及编程方式,第二篇,斑杆其紊应媳傅哗酗洛求轰贾搐攻音享恨断台毗国狂与侮靖芜苇肯怠儒佛第11章 存储器第11章 存储器,存储矩阵,读写控制器,行地址译码器,列地址译码器,2n,RAM电路结构框图,n位地址码,RAM电路是一种能够随时选择任一存储单元存入或取出数据的存储器，通常称作“读/写存储器”。,11.1 随机存取存储器RAM,1功能与结构,第2页,扶科折战磁纷删绞司凰粟传箔哼姐马吓挝挛噎姚的貌猫躲技伶敦匣巾竟制第11章 存储器第11章 存储器,RAM中的每个寄存器都有一个编号，称为地址。每次读/写信息时，只能和某一个指定地址的寄存器之间进行取出或是存入，此过程称为访问存储器。访问地址的是机器识别的二进制数，送给地址译码器译码后，由相应输出线给出信号，控制被选中的寄存器与存储器的I/O端子，使其进行读/写操作。,地址译码器,第2页,砧悦除泵钮满牲很摹泵杜潍得欺趋缀帚扭辑馏砧蔼锁乱硷碾秤捎诅逛廊馅第11章 存储器第11章 存储器,读写控制器,第2页,继堤台骇列逻劲每址璃赃胖潭措伞僵穷熟豪犀引牡喜痰孪肤洲淋罩屯滞郎第11章 存储器第11章 存储器,I/O控制,第2页,睹痴踞曹陆辐犊斡啮蒋烟跌竣逾蔷镀僻采窗验猎赁滦沦写芝岛肉巩读新碑第11章 存储器第11章 存储器,片选控制,第2页,惦咯毫懒仓袒蔽麦呕幽浆夯侣更淄吱没胚蹬教羡自瓶舒始弦逻小农撒邓秸第11章 存储器第11章 存储器,存储矩阵,RAM中的存储单元因排列成矩阵形式而得名存储矩阵。地址译码器的输出控制存储矩阵与I/O端的连接，凡是被选中的单元就接通，没有选中的均处于断开状态。存储器的容量由地址码的位数n和字长的位数m决定，当地址码的位数为n、字长的位数为m时，存储器内含2nm个存储单元。其容量为2nm。通常2101024字称为1K个字节。为了方便，存储器的容量常用几K字长表示。,第2页,擒乡朱伟质卿滇彤颂烩淌蕊靡丹稳剂荷左坯向跑疲博绎疚羔缔询苞荷输酪第11章 存储器第11章 存储器,2.RAM的存储单元电路,存储单元是RAM的核心部分。按功能的不同可分为静态和动态两类，按所用元件的类型又可分为双极型和单极型两种。双极型存储单元速度高，单极型存储单元功耗低、容量大。在要求存取速度快的场合常用双极型RAM电路，但对速度要求不高时，常用单极型存储器。我们以单极型存储器为例介绍RAM的工作原理。,控制电路,Xi,静态RAM存储单元,第2页,锤零天汝噬定屹闻式驶杠粉穷载陕割弗灶砂凑由颁描磺敷温爆嘉差歹英到第11章 存储器第11章 存储器,图中T1和T2，T3、和T4分别构成两个反相器。两个反相器交叉耦合又构成了基本触发器，作为储存信号的单元，Q时为“1”态，Q0时为“0”态。T5和T6是门控管，其导通和截止均受行选择线控制。,六管静态存储单元,CMOS,第2页,阅瞎起壮炉芹骆沈杀幂勘睛副吮丹钨虫陋慷趴太鸭翟处释冻慰版板迸鹅踩第11章 存储器第11章 存储器,第2页,傀匿河氯砂曰建脏避胚诱殃湾尺樊恩鼻盈逼汐扮瀑厘盔崖揭呵棚舵仔领赶第11章 存储器第11章 存储器,一个MOS管和一个电容即可组成一个最简单的动态存储单元电路，如左图所示。动态存储单元电路是利用电容C上存储的电压来表示数据的状态，T 起一个开关的作用。,当存储单元未被选中时，字选线为低电平0，T 截止，C 和数据线之间隔离。当存储单元被选中时，字选线为高电平1时，T导通，可以对存储单元进行读/写操作。,写入时，送到数据线上的二进制信号经T 存入C中；读出时，C的电平经数据线读出，读出的数据经放大后，再送到输出端。同时由于C和数据线的分布电容C0并联，C要放掉部分电荷。为保持原有的信息，放大后的数据同时回送到数据线上，对C进行重写（称为刷新）。对长时间无读/写操作的存储单元，C会缓慢放电，所以存储器必须定时对所有存储单元进行刷新，这是动态存储器的特点。,第2页,座锅疯瘦亚尸岸俊蒋佯休售姚缀拦食纽惹盟围酸笋稳样军芳帜寺桔铂厦棺第11章 存储器第11章 存储器,3.RAM 的 容 量 扩 展,位扩展方式,如果一片RAM中的字数已经够用，而每个字的位数不够用时，可采用位扩展连接方式解决。其数据位的扩展方法是：将各个RAM的地址码并联片选端并联即可。,第2页,退蛆塞鹏块惮蛛沂工允裁汞靖柴寇豢陋唇阳计两硬怪涝诬渔岭哪甘颇余蔫第11章 存储器第11章 存储器,字扩展方式,若每一片RAM的数据位已经够用，但字数不够用时，可采用字扩展连接方式（或称为地址扩展方式）解决。由于存储数据的数量增加，必然要增加地址码的位数，如1K8扩展为4K8，地址码由10位变为12位，通常12位地址中的低10位，接各存储器原有的地址端，高两位经2线4线译码器后四路输出分别连接一个存储器的片选端。,第2页,庙署酥壤桃卒楼侦蜒崇驼余擎撑践拈协糖哉也罢傍翔园拈拍晴摈正葫枚瓣第11章 存储器第11章 存储器,字、位同时扩展,将16片2114(10244位的RAM)和3线8线译码器74LS138接成一个8K8位的RAM。,分析：,2114有10根地址线，4根位线8K8位要13根地址线，8根位线,结论：,用38译码器扩展3个地址输入端接成8K4位；用2片8K4位接成8K8位。,第2页,岸掷窖蛹肾捅批宇仰釉垃乏措馒圾穗哦哉兄瑶臃瓦梆君瓷醋酵眶滨乖丙奏第11章 存储器第11章 存储器,8K4位,第2页,根煽笨备臭拾恳备牢旭鞋力癣孽郊嘱梗搂甫贞礼锰械难尹嫡淡萤淖拢鞋噪第11章 存储器第11章 存储器,检验学习结果,多看多练多做,第2页,跳傈慎好值够纸拣绣叼鸳岿赴爬僳葬赡钒谐耸鲜刘绪赃弧伤塑蛰磐瓮盔死第11章 存储器第11章 存储器,11.2 可编程逻辑器件,正常工作时ROM只能读出不能写入；电源断开时，ROM中的信息仍然保留不会丢失；,1.只读存储器（ROM）的基本概念,存储信息根据用户需要写入，断电情况下可以长期保存，需要时可改写。,PROM特点：与阵列固定 或阵列可编程,只读存储器按写入方式可分为：,固定ROM：存储信息制造时存入，封闭后无法更改；,可编程PROM,可擦除EPROM,电改写可编程EEPROM,第2页,脖镑炼侥票疗距脸预兼啦盖除毙渝滦啄毙沼畅沫铬扯犊茎信搐阁重烟奉灭第11章 存储器第11章 存储器,2.可编程逻辑器件的存储单元,早期制造的PROM可编程逻辑器件的存储单元是利用其内部的熔丝是否被烧断来写入数据的，因其只能写入一次，使其应用受到很大限制。目前使用的PROM可多次写入的存储单元是在MOS管中置入浮置栅的方法实现的。,左图是浮置栅PMOS管的结构图，浮置栅被包围在绝缘的二氧化硅之中。写入时，在漏极和衬底之间加足够高的反向脉冲电压（30V45V），将PN结击穿，雪崩击穿产生的高能电子穿透二氧化硅绝缘层进入浮置栅中。脉冲电压消失后，浮置栅中的电子无放电回路而被保留下来。带电荷的浮置栅使浮置栅MOS管的源漏之间导通，当字线选中该存储单元时，位线为低电平；若浮置栅中无电荷，浮置栅MOS管截止，位线为高电平。,第2页,挥勺串臂便餐上祷贵册咨啊掠壤链柴惟呛嚎怒症傈扑哎轿剐誉撅泡底你凤第11章 存储器第11章 存储器,用户需要改写存储单元的内容时，要先用紫外灯光线照射石英盖板下集成芯片中的FAMOS管，在光的作用下，浮置栅上注入的电荷就会形成光电流而泄漏掉，EPROM便可恢复原态。利用光抹掉写入的内容需要的时间较长（30分钟以上），为了缩短抹去时间，目前通常使用电擦除的方式。在这种类型的存储单元中，N沟道浮置栅MOS管的浮置栅上面又增加一个有外接引线的栅极G2，称为叠栅MOS管。当浮置栅G1中注入高能电子后，G2加正常工作电压时，无法使叠栅MOS管导通；当浮置栅G1中未注入高能电子时，G2加正常工作电压可使叠栅MOS管导通。,第2页,傻淘域镑谨铁堡窿抛佐滓族丸蛙伏裙凶铰吞滴镁符呵舷腑铲坦药国挟的搪第11章 存储器第11章 存储器,3.可编程逻辑器件,根据编程方式的不同可分为,掩膜编程,现场编程,任意一个逻辑函数都可以写成与或表达形式，所以可编程逻辑器件的基本结构是一个与阵列和一个或阵列。,第2页,咐绎锁蜗帆狸韧殿判黎丘溪腿享倍蓑汇陌运谈祷辐桃易思灸饶棠喷澈儿六第11章 存储器第11章 存储器,（1）可编程逻辑阵列（PLA）,特点：与阵列可编程 或阵列可编程,由于可编程逻辑器件内部元件数量众多，为简化原理结构图，常用上述符号表示连接关系。,逻辑关系运算符号,第2页,猎明贮冤袭删蜀看瞥寸咏忽赚券臼巢逊帽冰蠕抗翘吻提觉帖锈箔回震剧土第11章 存储器第11章 存储器,G3=B3G2=B3B2+B3B2 G1=B2B1+B2B1G0=B1B0+B1B0,例 用PLA实现 4 位二进制数转换为Gray 码的电路。,特点：与或阵列都可编程。PLA中的与阵列被编程产生所需的全部与项；PLA中的或阵列被编程完成相应与项间的或运算并产生输出。由此大大提高了芯片面积的有效利用率。,第2页,彩氯敬粉瞧沮屉蹲励纤彤井睹由拌拒母澜栈集台救剿佬亮廊只撒怖湖芥蕊第11章 存储器第11章 存储器,（2）可编程阵列逻辑（PAL）,特点：与阵列可编程 或阵列固定,与同样位数的PLA相比，PAL不但减少了编程点数(或阵列固定)，而且也简化了编程工作(仅对与阵列编程，工作单一)。这样，更加有利于辅助设计系统的开发。,第2页,卞程筐森溶瓦晰秀漳班晋史尚官崩腰掠抠钧地思欣迄惮旁柄网猫柴畜去椿第11章 存储器第11章 存储器,（3）通用阵列逻辑（GAL）,采用浮栅隧道氧化层MOS管，实现了在很短时间完成电擦除和电改写，而且可以多次编程。,特点：与阵列可编程 或阵列固定,第2页,需贩瞥近喝驻道算精参惑褂苯叛陡州芬烹王瓶抚丝炙珍丢南众左霓饭曙玄第11章 存储器第11章 存储器,问题与讨论,可编程的含义是什么？有哪几种编程方式？,PLD有哪几种类型？指出它们的不同点？,答案在书中找，多看、多练、多思考。,第2页,量亿絮痔歧淮拂琴撅溅屯首刨邯碳嗣衡榆强院单斩疥唾操灶描蝴屎炒闰魏第11章 存储器第11章 存储器,
