第七章存儲(chǔ)器、CPLDppt課件

1、 學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)該能做到：學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)該能做到：1、闡明、闡明ROM 、 RAM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理。理。2、簡(jiǎn)述、簡(jiǎn)述PROM、EPROM、EEPROM等概念等概念。3、簡(jiǎn)述、簡(jiǎn)述SRAM、DRAM、地址、位、字等概、地址、位、字等概念。念。4、闡述位擴(kuò)展、字?jǐn)U展的方法，并熟練運(yùn)用、闡述位擴(kuò)展、字?jǐn)U展的方法，并熟練運(yùn)用。5、簡(jiǎn)述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的應(yīng)用。、簡(jiǎn)述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的應(yīng)用。第七章第七章 存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、CPLD第七章第七章 存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、CPLD 概述概述7.1 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器7.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器7.3 可編程邏輯器件可編程邏輯器件存儲(chǔ)器是

2、一種能存儲(chǔ)大量二值信息的半導(dǎo)體器件。存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)大量二值信息的半導(dǎo)體器件。由于要求存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量往往很大，因而不可能將每個(gè)由于要求存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量往往很大，因而不可能將每個(gè)存儲(chǔ)單元電路的輸入和輸出端象寄存器那樣固定地存儲(chǔ)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(chǔ)器采用了按地址存放數(shù)據(jù)的方法，引出。半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(chǔ)單元才能與輸只有那些被輸入地址代碼指定的存儲(chǔ)單元才能與輸入入/輸出端接通，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出和寫入。輸出端接通，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出和寫入。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類根據(jù)使用功能的不同）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類根據(jù)使用功能的不同）（1只讀

3、存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM）（）（Read-only memory ） 。（2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM）（）（Random access memory）。）。概概 述述存儲(chǔ)容量：用來(lái)衡量存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)的能力指標(biāo)，存儲(chǔ)容量：用來(lái)衡量存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)的能力指標(biāo)， 指存儲(chǔ)單元的總數(shù)。指存儲(chǔ)單元的總數(shù)。 存儲(chǔ)單元的最基本的單位是位和字，字的位數(shù)叫字存儲(chǔ)單元的最基本的單位是位和字，字的位數(shù)叫字長(zhǎng)，存儲(chǔ)容量通常表示為長(zhǎng)，存儲(chǔ)容量通常表示為“m字字n位位”。 210=1024=1K字位），字位）， 220=1048576=1024K=1M字位）字位）例：微型計(jì)算機(jī)中常用的例：微型計(jì)算機(jī)中常用的2114型

4、靜態(tài)型靜態(tài)RAM的容量為的容量為1K4 。 4116型動(dòng)態(tài)型動(dòng)態(tài)RAM的容量為的容量為16K1 。 2716型型EPROM的容量為的容量為2K8 。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)存儲(chǔ)速度：通常用存取周期來(lái)描述。存取周期是存儲(chǔ)速度：通常用存取周期來(lái)描述。存取周期是指從存儲(chǔ)器開(kāi)始存取第一個(gè)字到能夠存取第二指從存儲(chǔ)器開(kāi)始存取第一個(gè)字到能夠存取第二個(gè)字為止所需的時(shí)間。個(gè)字為止所需的時(shí)間。例：微型計(jì)算機(jī)中常用的例：微型計(jì)算機(jī)中常用的2114型靜態(tài)型靜態(tài)RAM的讀、的讀、寫周期均為寫周期均為200ns，4116型動(dòng)態(tài)型動(dòng)態(tài)RAM的讀、寫的讀、寫周期均為周期均為375ns。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

5、的主要性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)7.1 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM） 只讀存儲(chǔ)器，工作時(shí)其存儲(chǔ)的內(nèi)容固定不變。且只能讀出，不能隨時(shí)寫入。工作時(shí)，將一個(gè)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(gè)事先存入的確定數(shù)據(jù)。 只讀存儲(chǔ)器存入數(shù)據(jù)的過(guò)程，稱為對(duì)ROM進(jìn)行編程。 ROM的分類的分類按存貯矩陣按存貯矩陣中器件類型中器件類型 固定固定ROM-PROM- EPROM- Flash Memory- E2PROM- 二極管二極管ROM三極管三極管ROMMOS管管ROM按寫入按寫入方式方式廠家裝入數(shù)據(jù)，永不改變廠家裝入數(shù)據(jù)，永不改變用戶裝入，只可裝一次，永不改變用戶裝入，只可裝一

6、次，永不改變用戶裝入，紫外線擦除用戶裝入，紫外線擦除用戶裝入，電可擦除用戶裝入，電可擦除高集成度，大容量高集成度，大容量存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 三態(tài)緩沖器三態(tài)緩沖器 地址譯碼器地址譯碼器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出 地址輸入地址輸入ROM的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 固定固定ROM主要由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元矩陣和主要由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元矩陣和輸出緩沖器三部分組成。輸出緩沖器三部分組成。字線字線容量容量=字線位線字線位線位線位線控制信號(hào)輸入控制信號(hào)輸入 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0 地地址址 譯譯碼碼器器 00 01 10 11 EN 存儲(chǔ)存儲(chǔ) 矩陣矩陣字線字線位線位線二極管二

7、極管ROM以以44為例為例 存儲(chǔ)存儲(chǔ) 單元單元1011111000111100譯碼器譯碼器 輸出緩輸出緩 沖器沖器任何時(shí)刻只有一根字線為高電平。任何時(shí)刻只有一根字線為高電平。 A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 D3 D2 D1 D0 地地址址 譯譯碼碼器器 00 01 10 11 EN +5V +VDD 三極管三極管ROM和和NMOS管管ROM 有一種可編程序的有一種可編程序的 ROM ，在出廠時(shí)全，在出廠時(shí)全部存儲(chǔ)部存儲(chǔ) “1”，用戶可根據(jù)需要將某些單元，用戶可根據(jù)需要將某些單元改寫為改寫為 “0”,但是，只能改寫一次，稱為但是，只能改寫一次，稱為 PROM。字線字線位位線線熔

8、熔斷斷絲絲 若將熔絲燒斷，若將熔絲燒斷，該單元?jiǎng)t變成該單元?jiǎng)t變成“0”。顯然，一旦燒斷后顯然，一旦燒斷后不能再恢復(fù)。不能再恢復(fù)?？删幊炭删幊蘎OMPROM）（1） 用于存儲(chǔ)固定的數(shù)據(jù)、表格用于存儲(chǔ)固定的數(shù)據(jù)、表格（2） 碼制變換碼制變換ROM的簡(jiǎn)單應(yīng)用的簡(jiǎn)單應(yīng)用（3） 用戶程序的存貯用戶程序的存貯（4） 構(gòu)成組合邏輯電路構(gòu)成組合邏輯電路例例 1 用用ROM實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制譯碼顯示電路。實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制譯碼顯示電路。 A3 A2 A1 A0 D C B A ROM D1 D2 D3 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

9、 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 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地地址址單單元元的的內(nèi)內(nèi)容容對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)七七

10、段段數(shù)數(shù)碼碼0 1001 地地址址單單元元的的內(nèi)內(nèi)容容對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)七七段段數(shù)數(shù)碼碼9 這這些些單單元元不不用用 m0m1m2m9 例例 2 用用ROM實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。 2/4線線譯譯碼碼器器A1 A0m0m1m2m3D0 D1 D2 D30101010AAAAAAD 011AAD 01013AAAAD 012AAD 7.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器( RAM ) 隨機(jī)存儲(chǔ)器又稱讀寫存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器又稱讀寫存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：在工作過(guò)程中，既可從存儲(chǔ)器的任意單元特點(diǎn)：在工作過(guò)程中，既可從存儲(chǔ)器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它

11、被稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器。此它被稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器。 分類分類: : 按功能分按功能分 靜態(tài)靜態(tài)SRAM SRAM 、動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)DRAMDRAM兩類；兩類； 按所用器件分按所用器件分 雙極型、雙極型、 MOS MOS型兩種。型兩種。 RAM的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣讀讀/ /寫寫控制器控制器控制器控制器地地址址譯譯碼碼器器地地址址碼碼輸輸片選片選讀讀/ /寫控制寫控制輸入輸入/ /輸出輸出入入入入 存存儲(chǔ)儲(chǔ)單單元元 Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 譯譯 碼碼 器器 行行地地址址譯譯碼碼器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 例如：容量為例如：容量為2561

12、的存的存儲(chǔ)器儲(chǔ)器（1地址譯碼器地址譯碼器 8根列根列地址選地址選擇線擇線32根行根行地址選地址選擇線擇線32 8 =256個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單存儲(chǔ)單元元譯碼譯碼方式方式單譯碼單譯碼 雙譯碼雙譯碼 -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將地址分成兩部分，分別由行譯碼器和列譯碼器共同譯碼共同譯碼 其輸出為存儲(chǔ)矩陣的行列選擇線，由它們共同其輸出為存儲(chǔ)矩陣的行列選擇線，由它們共同確定欲選擇確定欲選擇 的地址單元。的地址單元。若給出地址A7-A0=001 00001，將選中哪個(gè)存儲(chǔ)單元讀/寫？ 存存儲(chǔ)儲(chǔ)單單元元 Y0 Y1 Y7 A4 X1

13、X31 X0 列列 地地 址址 譯譯 碼碼 器器 行行地地址址譯譯碼碼器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 若容量為若容量為2564 的存儲(chǔ)器，有的存儲(chǔ)器，有256個(gè)字，個(gè)字，8根地址線根地址線A7-A0，但其數(shù)據(jù)線有但其數(shù)據(jù)線有4根，每字根，每字4位。位。8根列根列地址選地址選擇線擇線32根行根行地址選地址選擇線擇線1024個(gè)存?zhèn)€存儲(chǔ)單儲(chǔ)單元元 若給出地址若給出地址A7-A0 = 000 11111，哪個(gè)單元的內(nèi)容可讀，哪個(gè)單元的內(nèi)容可讀/寫？寫？ T8 T7 VDD VGG T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列選擇線列選擇線) Xi (行選擇線行選擇線) 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線

14、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 D D 位位線線 B 位位線線 B 存儲(chǔ)存儲(chǔ)單元單元 （2） 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 靜態(tài)靜態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元SRAM）-以六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元以六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元為例為例基本基本RS觸觸發(fā)器發(fā)器控制該單元與控制該單元與位線的通斷位線的通斷控制位線與數(shù)據(jù)控制位線與數(shù)據(jù)線的通斷線的通斷Xi =0，T5、T6截止，觸發(fā)器截止，觸發(fā)器與位線隔離。與位線隔離。 T1-T6構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)單元。T3、T4為負(fù)載，為負(fù)載，T1、T2為為基本基本RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。來(lái)自行地來(lái)自行地址譯碼器址譯碼器的輸出的輸出 T8 T7 VDD VGG T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列選

15、擇線列選擇線) Xi (行選擇線行選擇線) 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 D D 位位線線 B 位位線線 B 存儲(chǔ)存儲(chǔ)單元單元 （2） 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣Xi =1，T5、T6導(dǎo)通，觸發(fā)器與導(dǎo)通，觸發(fā)器與位線接通。位線接通。Yj =1，T7 、T8均導(dǎo)通，觸發(fā)均導(dǎo)通，觸發(fā)器的輸出與數(shù)據(jù)器的輸出與數(shù)據(jù)線接通，該單元線接通，該單元數(shù)據(jù)可傳送。數(shù)據(jù)可傳送。來(lái)自列地來(lái)自列地址譯碼器址譯碼器的輸出的輸出 靜態(tài)靜態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元SRAM）-以六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元以六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元為例為例來(lái)自行地來(lái)自行地址譯碼器址譯碼器的輸出的輸出 T7 Yi T8 Yi & & R/ W CS I/O 1

16、 1 2 3 4 5 D D （3片選信號(hào)與讀片選信號(hào)與讀/寫控制電路寫控制電路 當(dāng)當(dāng)CS=0時(shí)，選中該單元時(shí)，選中該單元. 若若R/W=1，三態(tài)門，三態(tài)門1、2關(guān)關(guān), 3開(kāi)，數(shù)據(jù)通過(guò)門開(kāi)，數(shù)據(jù)通過(guò)門3傳傳到到I/O口，進(jìn)行讀操作；口，進(jìn)行讀操作； 當(dāng)當(dāng)CS=1時(shí)，三態(tài)門均時(shí)，三態(tài)門均為高阻態(tài)，為高阻態(tài)，I/O口與口與RAM內(nèi)部隔離。內(nèi)部隔離。 當(dāng)當(dāng)Xi和和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。用，信息將被保存。 若若R/W=0，門，門1、2開(kāi)，開(kāi)，門門3關(guān)，數(shù)據(jù)將從關(guān)，數(shù)據(jù)將從I/O口通過(guò)口通過(guò)門門1、2，向，向

17、T7、T8寫入，進(jìn)寫入，進(jìn)行寫操作。行寫操作。RAM存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展1. 位數(shù)位數(shù) （字長(zhǎng)的擴(kuò)展（字長(zhǎng)的擴(kuò)展D0 D1 D2 D3 D12 D13 D14 D15 例例1 用用4K4位的位的RAM擴(kuò)展為擴(kuò)展為4K16位的位的RAM CS A11 A0 R/W R/W CSA0 A11 4K4位位1）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 R/W CSA0 A11 4K4位位4）I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 即該芯片即該芯片 A12 A0 CS WR/ D7 D0 8K 8 位位 13 8 8K8 功能框圖功能框圖2. 字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展 字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可利用外加譯碼器控制存

18、儲(chǔ)器芯片的片選輸入字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可利用外加譯碼器控制存儲(chǔ)器芯片的片選輸入端端CS來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。 假設(shè)某芯片的存儲(chǔ)容量為：假設(shè)某芯片的存儲(chǔ)容量為： 8K 8 （即（即8192字字8位）。位）。數(shù)據(jù)線共有：數(shù)據(jù)線共有：地址線共有：地址線共有：13 根（根（ A12A0 ）8根根D7D0）2. 字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展圖圖 8.1.10 A12 A0 CS WR/ D7 D0 8K 8位位 8K 8位位 8K 8位位 8K 8位位 D7 D0 A12 A0 A1 A0 A14 A13 EN Y0 Y1 Y2 Y3 13 13 13 13 13 8 8 8 8 8 74139 WR/ A12 A0 CS WR/ D7 D0 A12 A0 CS WR/ D7 D0 A12 A0 CS WR/ D7 D0 (I)(II)(III)(IV)芯芯 片片74139有效輸有效輸出端出端A14A13 IY00 0 IIY10 1IIIY21 0IVY31 1例例2 將將8K8位的位的RAM擴(kuò)展為擴(kuò)展為32K8位的位的RAM 3. 字?jǐn)?shù)、位數(shù)同時(shí)擴(kuò)展字?jǐn)?shù)、位數(shù)同時(shí)擴(kuò)展例例3 用用2564的的RAM擴(kuò)展為擴(kuò)展為1K8位的位的RAM Y0Y1Y2Y32/4A9 A8A0-A7425642564CSI/OI/OCS8425642564CSI/OI/OCS844 高四位低四位 A2 A3 A4