第07章存储器.ppt
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1、第7章 存储器 实训 EPROM7 的固化与擦除 71 概述 72 存储器的种类 73 存储器的应用 74 常用存储器IC简介 本章小结 习题7 返回主目录,第 7 章存储器,实训7 EPROM的固化与擦除 1 实训目的(1)掌握EPROM 2764的基本工作原理和使用方法。(2)学会使用ALL07编程器对EPROM进行数据的存入。(3)弄懂EPROM擦除的工作过程。,2 实训设备和器件 实训设备:80386电脑、ALL07编程器、紫外线擦除器、直流电源、示波器、单脉冲发生器各一台。实训器件:EPROM 2764一片、74LS161一片、发光二极管8个、510 电阻8个、导线若干、面包板一块。
2、3 实训电路图 实训电路图如图7.1所示。,图 7.1 实训 7 电路图,4 实训步骤与要求 1)插入芯片 在编程器中插入2764并固定,注意芯片一定要按照编程器上的标识插在正确的位置。打开编程器的电源开关。2)进入EPROM编程软件 打开计算机,执行ACCESS命令,即可进入编程程序,选择“EPROM”,执行EPROM的操作程序,进入到下一个界面,选择生产厂家和芯片型号。其中芯片的编程电压是一个重要的参数。所选择芯片的编程电压必须和所使用的2764的编程电压相同,一般有21 V,12.5 V和25 V几种。,3)检查2764的内容 选好合适的芯片类型并回车后,就进入到编程界面,在此选择“M”
3、和“T”也可以修改芯片的生产厂家和类型。键入“B”,可以检查2764的内容是否为空(BLANK CHECK)。检查后若显示“OK”,则说明2764的存储内容为空,可以进行步骤4)。否则说明2764中有信息,不能写入,需要擦除后再进行写入操作。擦除操作见步骤6)。,4)向2764写入内容 键入“4”,执行编辑缓冲器操作(EDIT BUFFER),回车后出现编辑界面。在该界面下可以显示2764的所有存储单元00001FFF的内容,未写入时全为1。可以根据自己的需要在相应的单元写入内容。为了测试写入以下内容:0000000F单元:FE FF FC FF F8 FF F0 FF E0 FF C0FF
4、80FF 00 FF 1000100F单元:FE FF FD FF FB FF F7 FF EF FF DF FFBF FF 7F FF 其他单元的内容不变,全为FF。这里0F代表十六制数。,5)2764内容测试 按照图7.1连接线路,接好电源,注意一定不要接错线。然后按照以下步骤进行测试:(1)2764的2脚接地。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到,电路中的发光二极管的点亮规律为:1亮;全灭;1、2亮;全灭;1、2、3亮;全灭;,全亮;全灭,16个脉冲后又重新按照上述规律循环。,(2)2764的2脚接+5V。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到,电路中的发光二极管的点亮规律为:1亮;全灭;2亮
5、;全灭;3亮;全灭;,8亮;全灭,8个发光二极管依次点亮,16个脉冲后又重新按照上述规律循环。,6)擦除2764中的内容并测试 取下电路中的2764,放进紫外线擦除器中,设定10min左右的定时时间,插上电源,开始对2764中的内容进行擦除。擦除结束,重复步骤1),2),3),可以看到2764中的内容为空。再插入实训电路中,所有发光二极管均不会点亮。,5 实训总结与分析(1)74LS161是一个 4 位二进制计数器,它的工作原理已在前面有关章节进行了介绍。2764是一个8 K8的存储器,共有8 K个字节,每个字节8位。有A0A12共13根地址线。当A0A12从0 0000 0000 00001
6、 1111 1111 1111变化时,对应于0000H1FFFH(H表示十六进制)单元,每个单元8位。2764的每个单元写入内容后,通过地址线选中某单元,可读出其中的8位信息。,(2)分析步骤4)所写入的内容。在0000H单元写入的内容为11111110(FEH)。当读出该单元内容时,由实训电路可知,1发光二极管的负极接低电平,因此1发光二极管点亮。对0000H000FH和1000H100FH单元,按照同样的方法分析,可以得出其点亮规律。(3)对于步骤5)的第(1)种情况,A12和A4A11都接地,当74LS161对脉冲计数时,2764的A0A3地址线状态按照00001111的规律循环,因此依
7、次选中2764的单元为00000000000000000000001111,,即2764的0000H000FH单元,所以按照步骤5)的第(1)种规律点亮。(4)对于步骤5)的第(2)种情况,A12接Vcc,A4A11仍然接地,当74LS161对脉冲计数时,使2764的A0A3地址线状态按00001111的规律循环,因此依次选中2764的单元为10000000000001000000001111,即2764的1000H100FH单元,所以按照步骤5)的第(2)种规律点亮。,(5)将EPROM中的内容擦除后,所有单元都为1,即所有单元的内容全部都为FFH。再将2764接入实训电路中,由于发光二极管
8、负极接的都是高电平,所以均不亮。由以上分析可知,EPROM是一种可改写的只读存储器,通过地址线的选择,可选中相应的存储单元并读出其中数据,同时也观察到EPROM的数据是可以通过紫外线擦除,并重新写入的。,7.1概述,在实际应用中,存储器也是数字系统和计算机中不可缺少的组成部分,用来存放数据、资料及运算程序等二进制信息。若干位二进制信息(例如实训中所使用的2764就是8位的存储器)构成一个字节。一个存储器能够存储大量的字节。实训中2764能够存储8 K个字节,其存储容量为8 K8=64 KB。“2764”中的“64”就代表了存储器芯片的容量。,72 存储器的种类,721 随机存取存储器RAM 7
9、22 ROM,7.2存储器的种类,按照内部信息的存取方式,存储器通常可以分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM;RAM按刷新方式可分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM;ROM按数据输入方式可分为掩膜ROM、可编程PROM和EPROM等。,7.2.1 随机存取存储器RAM 随机存取存储器RAM用于存放二进制信息(数据、程序指令和运算的中间结果等)。它可以在任意时刻,对任意选中的存储单元进行信息的存入(写)或取出(读)的信息操作,因此称为随机存取存储器。其结构示意图如图7.2所示。,图 7.2 RAM结构示意图,1.RAM的结构 随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读/写
10、控制电路等组成,见图7.2所示。1)存储矩阵 该部分是存储器的主体,由若干个存储单元组成。每个存储单元可存放一位二进制信息。为了存取方便,通常将这些存储单元设计成矩阵形式,即若干行和若干行若干列例如,一个容量为2564(256个字,每个字4位)的存储器,共有1 024个存储单元,这些单元可排成如图7.3所示的32行32列的矩阵。,图 7.3车RAM存储矩阵,员图7.3中,每行有32个存储单元(圆圈代表存储单元),每4个存储单元为一个字,因此每行可存储8个字称为8个字列。每根行选择线选中一行,每根列选择线选中一个字列。因此,该RAM存储矩阵共需要32根行选择线和8根列选择线。2)地址译码器 由上
11、所述,一片RAM由若干个字组成(每个字由若干位组成,例如4位、8位、16位等)。通常信息的读写是以字为单位进行的。,为了区别不同的字,将存放同一个字的存储单元编为一组,并赋予一个号码,称为地址。不同的字具有不同的地址,从而在进行读写操作时,便可以按照地址选择欲访问的单元。地址的选择是通过地址译码器来实现的。在存储器中,通常将输入地址分为两部分,分别由行译码器和列译码器译码。例如,上述的2564 RAM的存储矩阵,256个字需要8根地址线(A7A0)区分(28=256)。,其中地址码的低5位A4A0作为行译码输入,产生25=32根行选择线,地址码的高3位A7A5用于列译码,产生23=8根列选择线
12、。只有当行选择线和列选择线都被选中的单元,才能被访问。例如,若输入地址A7A0为00011111时,位于X31和Y0交叉处的单元被选中,可以对该单元进行读写操作。,3)读/写与片选控制 数字系统中的RAM一般由多片组成,而系统每次读写时,只选中其中的一片(或几片)进行读写,因此在每片RAM上均加有片选信号线。只有该信号有效=0)时,RAM才被选中,可以对其进行读写操作,否则该芯片不工作。某芯片被选中后,该芯片执行读还是写操作由读写信号 控制。图7.4所示为片选与读写控制电路,图 7.4 片选与读写控制电路,当片选信号=1时,三态门G1,G2,G3均为高阻态,中不能进行读或写操作。当片选信号=0
13、时,芯片被选中。若=1,则G3导通,G1、G2高阻态截止。此时若输入地址A7A0为00011111,于是位于31,0的存储单元所存储的信息送出到I/O 端,存储器执行的是读操作;若=0,则G1、G2导通,G3高阻态截止,I/O端的数据以互补的形式出现在数据线D、上,并被存入31,0存储单元,存储器执行的是写操作。,2.RAM的存储单元 RAM的核心元件是存储矩阵中的存储单元。按工作原理分,RAM的存储单元可分为静态存储单元和动态存储单元。1)静态存储单元(SRAM)图7.5是六管CMOS静态存储单元。图中CMOS反相器V1,V2和CMOS反相器V3,V4交叉反馈构成基本RS触发器,用于存储一位
14、二进制信息。,图 7.5 六管CMOS静态存储单元,V5,V6管是由行线Xi控制的门控管,控制触发器与位线的接通与断开。上述 6 只MOS管构成了一个静态存储单元,故称为六管静态存储单元。另外,图中还画出了该单元所在列线Yj的列控制门Vj,Vj。它控制该列位线与D、的通断,因为Vj,Vj属列内各单元公用,故不计入存储单元的器件数目。,采用六管CMOS静态存储单元的常用静态RAM芯片有6116(2 K8)、6264(8 K8),62256(32 K8)等。这些芯片由于采用了CMOS,故它的静态功耗极小。当它们的片选端加入无效电平时,立即进入微功耗保持数据状态,这时只需2V的电源电压,540 uA
15、的电流,就可以保存原存数据不丢失。因此在交流电源断电时,可以用小型锂电池供电,以长期保存所存储的信息,从而弥补了其他半导体存储器断电后信息消失的缺点。,六管NMOS静态存储单元的电路结构与图7.5基本相同,只是两个反相器均改为NMOS反相器采用NMOS静态存储单元的常用静态RAM芯片有2114(1 K4)、2128(2 K8)等。NMOS静态RAM功耗极大,而且无法实施断电保护。2)动态存储单元DRAM RAM动态存储单元,是利用MOS管栅极电容的暂存作用来存储信息的,考虑电容器上的电荷不可避免地因漏电等因素而损失,为保持原存储信息不变,需要不间断地对存储信息的电容定时地进行充电(也称刷新)。
16、,动态RAM 8118是采用三管动态存储单元的一种,它的存储容量为16 K1位。动态存储单元比静态存储单元所用元件少、集成度高,适用于大容量存储器。静态存储单元虽然使用元件多,集成度低,但不需要刷新电路,使用方便,适用于小容量存储器。,随着新技术的开发,目前静态存储单元的集成度已大大提高,再加上采用CMOS,功耗和速度指标得以改善而倍受用户青睐。现在用的64 K静态RAM,每片功耗只有10 mW,其维持功耗可低至15 nW,完全可用电池作后备电源,构成不挥发存储器。,3 RAM的扩展 一片RAM的存储容量是一定的。在数字系统或计算机中,单个芯片往往不能满足存储容量的需要,因此就要将若干个存储器
17、芯片组合起来,以扩展存储器容量,从而达到要求。RAM的扩展分为位扩展和字扩展两种。,1)位扩展 RAM的地址线为n条,则该片RAM就有2n个字,若只需要扩展位数不需扩展字数时,说明字数满足了要求,即地址线不用增加。扩展位数,只需把若干位数相同的RAM芯片地址线共用,线共用,片选 线共用,每个RAM的I/O端并行输出,即实现了位扩展。,例 7.1 试用1 0241 RAM扩展成1 0248存储器。解 扩展为10248存储器需要10241 RAM的片数为 N=8(片)只要把 8 片RAM的十位地址线并联在一起,线并联在一起,片选 线也并联在一起,每片RAM的I/O端并行输出到10248存储器的I/
18、O端作为数据线I/O0I/O7,即实现了位扩展,连接图如图7.6所示。,图 7.6 用1 0241 RAM组成1 0248存储器,2)字扩展 在存储器的数据位数满足要求而字数达不到要求时,需要字扩展。字数若增加,地址线需要做相应的增加,下面举例说明。例 7.2试用2564 RAM扩展成1 0244存储器。解 需用的2564 RAM芯片数为 N=4(片),4片芯片的I/O线、线并联在一起使用。各芯片的8位地址线A7A0 也都并联在一起。因为字数扩展4倍,故应增加两位高位地址线A8、A9,可以通过外加译码器控制芯片的片选输入端 来实现。增加的地址线A8、A9与译码器的输入相连,译码器的低电平输出分
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