數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)(第二版)清華大學(xué)出版社 朱正偉等編著 ch6

1、6 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存貯器能存放大量二值信息的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體存貯器能存放大量二值信息的半導(dǎo)體器件。存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)取快速度取快速度存儲(chǔ)時(shí)間短存儲(chǔ)時(shí)間短存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大存儲(chǔ)容量大存儲(chǔ)容量大6.1 概概 述述存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 地址譯碼地址譯碼器器地址輸?shù)刂份斎肴?.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)輸控制信號(hào)輸入入輸出控制電路輸出控制電路地址譯碼器地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣輸出控制電路輸出控制電路 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

2、 A1 A0 A6 A7 1.存儲(chǔ)矩陣2.地址譯碼器地址的選擇是通過地址譯碼器來實(shí)現(xiàn)的。在存儲(chǔ)器中，通常將輸入地址分為兩部分，分別由行譯碼器和列譯碼器譯碼。只有當(dāng)行選擇線和列選擇線都被選中的單元，才能被訪問。例如，若輸入地址A7A0為00011111時(shí)，位于X31和Y0交叉處的單元被選中，可以對(duì)該單元進(jìn)行讀寫操作。 3.讀寫與片選控制只有片選信號(hào)有效時(shí)，存儲(chǔ)器才被選中，可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，否則該芯片不工作。某芯片被選中后，該芯片執(zhí)行讀還是寫操作由讀寫信號(hào)/控制。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 RAM (Random-Access Memory) ROM(Read-Only Memory)RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)

3、器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器): 在運(yùn)行狀態(tài)可以隨時(shí)進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。在運(yùn)行狀態(tài)可以隨時(shí)進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)必須有電源供應(yīng)才能保存存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)必須有電源供應(yīng)才能保存, 一旦掉電一旦掉電, 數(shù)據(jù)全部丟失。數(shù)據(jù)全部丟失。ROM(只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器)：在正常工作狀態(tài)只能讀出信息。：在正常工作狀態(tài)只能讀出信息。 斷電后信息不會(huì)丟失，常用于存放固定信息（如程序、常數(shù)等）。斷電后信息不會(huì)丟失，常用于存放固定信息（如程序、常數(shù)等）。固定固定ROM可編程可編程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(Static RAM)：靜態(tài)：靜態(tài)RAMDRAM (Dynamic RAM)：動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM6.1.2 半導(dǎo)體存

4、儲(chǔ)器的種類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類幾個(gè)基本概念：幾個(gè)基本概念：存儲(chǔ)容量（存儲(chǔ)容量（M)：存儲(chǔ)二值信息的總量。：存儲(chǔ)二值信息的總量。字?jǐn)?shù)：字的總量。字?jǐn)?shù)：字的總量。字長(zhǎng)（位數(shù)）：表示一個(gè)信息多位二進(jìn)制碼稱為一個(gè)字，字長(zhǎng)（位數(shù)）：表示一個(gè)信息多位二進(jìn)制碼稱為一個(gè)字， 字的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字的位數(shù)稱為字長(zhǎng)。存儲(chǔ)容量（存儲(chǔ)容量（M)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)位數(shù)位數(shù)地址：每個(gè)字的編號(hào)。地址：每個(gè)字的編號(hào)。字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)=2n （n為存儲(chǔ)器外部地址線的線數(shù)）為存儲(chǔ)器外部地址線的線數(shù)） T8 T7 VDD VGG T6 T1 T4 T2 T5 T3 Yj (列列選選擇擇線線) Xi (行行選選擇擇線線) 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線 D

5、D 位位線線 B 位位線線 B 存存儲(chǔ)儲(chǔ)單單元元 6.2.1. RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 靜態(tài)靜態(tài)SRAM(Static RAM)T5、T6導(dǎo)通導(dǎo)通T7 、T8均導(dǎo)通均導(dǎo)通Xi =1Yj =1觸發(fā)器的輸出與數(shù)據(jù)觸發(fā)器的輸出與數(shù)據(jù)線接通，該單元通過線接通，該單元通過數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)線讀取數(shù)據(jù)。觸發(fā)器與位線接通觸發(fā)器與位線接通6.2 RAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 1、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元及基本操作原理、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元及基本操作原理 T 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元寫操作寫操作:X=1 =0WET導(dǎo)通，電容器導(dǎo)通，電容器C與位線與位線B連通連通 輸入緩沖器被選輸入緩沖器被選通，數(shù)據(jù)通，數(shù)據(jù)DI經(jīng)緩沖經(jīng)緩沖器和位線寫入存器和位線寫

6、入存儲(chǔ)單元儲(chǔ)單元 如果如果DI為為1，則向，則向電容器充電，電容器充電，C存存1;反之電容器放反之電容器放電電,C存存0 。 - 刷新刷新R行選線行選線XOD讀讀/寫寫WEID輸出緩沖器輸出緩沖器/靈敏放大器靈敏放大器刷新緩沖器刷新緩沖器輸入緩沖器輸入緩沖器位位線線B6.2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器讀操作讀操作:X=1 =1WET導(dǎo)通，電容器導(dǎo)通，電容器C與位線與位線B連通連通 輸出緩沖器輸出緩沖器/靈敏放大器靈敏放大器被選通，被選通，C中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過位線和緩沖器輸出通過位線和緩沖器輸出 T / 刷新刷新R行選線行選線XODWEID輸出緩沖器輸出緩沖器/靈敏放大器

7、靈敏放大器刷新緩沖器刷新緩沖器輸入緩沖器輸入緩沖器位位線線B每次讀出后，必須及時(shí)每次讀出后，必須及時(shí)對(duì)讀出單元刷新，即此對(duì)讀出單元刷新，即此時(shí)刷新控制時(shí)刷新控制R也為高電平，也為高電平，則讀出的數(shù)據(jù)又經(jīng)刷新則讀出的數(shù)據(jù)又經(jīng)刷新緩沖器和位線對(duì)電容器緩沖器和位線對(duì)電容器C進(jìn)行刷新。進(jìn)行刷新。 tAA 讀出單元的地址有效 tRC tOHA 地址 輸出數(shù)據(jù) 上一個(gè)有效數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)輸出有效 tLZOE CE OE 數(shù)據(jù)輸出 數(shù)據(jù)輸出有效 tHZCE tHZOE tDOE tLZCE tACE tRC 高阻 （a）（b） 6.2.3 SRAM的讀寫操作及時(shí)序圖的讀寫操作及時(shí)序圖讀操作時(shí)序圖讀操作時(shí)序圖3.S

8、RAM的寫操作及時(shí)序圖的寫操作及時(shí)序圖寫操作時(shí)序圖寫操作時(shí)序圖 tHD tSD 地址有效 tWC 地址 CE 數(shù)據(jù) 輸入數(shù)據(jù)有效 tAW tSA tSCE tHA WE tSA tHD tSD 地址有效 tWC 地址 CE 數(shù)據(jù) 輸入數(shù)據(jù)有效 tAW tHA WE 6.2.4 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展 位擴(kuò)展可以利用芯片的并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。位擴(kuò)展可以利用芯片的并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。CEA11A0WED0 D1 D2 D3WECEA0A114K4位位I/O0 I/O1 I/O2 I/O3D12 D13 D14 D15CEA0A114K4位位I/O0 I/O1 I/O2 I/O3WE1. 字長(zhǎng)（位數(shù)）的擴(kuò)展字長(zhǎng)（位數(shù)

9、）的擴(kuò)展-用用4KX4位的芯片組成位的芯片組成4KX16位位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。的存儲(chǔ)系統(tǒng)。6.2.4 RAM存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展2. 2. 字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展用用用用8KX8位的芯片組成位的芯片組成32KX8位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。位的存儲(chǔ)系統(tǒng)。RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1 12 2CE1芯片數(shù)芯片數(shù)=4=4RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1 12 2CE1RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1 12 2CE1RAM1D D0 0D D7 7A A0 0A A1 12 2CE1系統(tǒng)地址線數(shù)系統(tǒng)地址線數(shù)=15=15系統(tǒng)系統(tǒng):A0 A14 A13 A14?200

10、0H2001H2002H3FFFH 4000H400H4002H5FFFH 6000H6001H6002H7FFFH 0000H0001H0002H1FFFH芯片芯片:A0 A12 32K8位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的地址分配表位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的地址分配表各各RAM芯片芯片譯碼器譯碼器有效輸有效輸出端出端擴(kuò)展的地?cái)U(kuò)展的地址輸入端址輸入端A14 A138K8位位RAM芯片地址輸入端芯片地址輸入端 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0對(duì)應(yīng)的十對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制地六進(jìn)制地址碼址碼 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

11、0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10000H0001H0002H1FFFH 0 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 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12000H2001H2002H3FFFH 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 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1

12、1 1 1 1 14000H400H4002H5FFFH Y0 Y1 Y2 Y3 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 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16000H6001H6002H7FFFH A12 A0 C E W E D7 D0 8K 8 位位 （ ） 8K 8 位位 （ ） 8K 8 位位 （ ） 8K 8 位位 （ ） D7 D0 A12 A0 W E A1 A0 A14 A13 EN Y0 Y1 Y2 Y3 13 13 13 13 13 8 8

13、 8 8 8 74139 A12 A0 C E W E D7 D0 A12 A0 C E W E D7 D0 A12 A0 C E W E D7 D0 字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可以利用外加譯碼器控制存儲(chǔ)器芯片的片選輸入字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可以利用外加譯碼器控制存儲(chǔ)器芯片的片選輸入端來實(shí)現(xiàn)。端來實(shí)現(xiàn)。 只讀存儲(chǔ)器，工作時(shí)內(nèi)容只能讀出，不能隨時(shí)寫入，所只讀存儲(chǔ)器，工作時(shí)內(nèi)容只能讀出，不能隨時(shí)寫入，所以稱為只讀存儲(chǔ)器。以稱為只讀存儲(chǔ)器。(Read-Only Memory)ROM的分類的分類按寫入情況劃分按寫入情況劃分 固定固定ROM可編程可編程ROMPROMEPROME2PROM按存貯單元中按存貯單元中器件劃分器件劃分 二

14、極管二極管ROM三極管三極管ROMMOS管管ROM6.3 ROM存儲(chǔ)器ROM（二極管PROM）結(jié)構(gòu)示意圖 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 線線- -4 線線 譯譯碼碼器器 存儲(chǔ)存儲(chǔ)矩陣矩陣位線位線字線字線輸出控制電路輸出控制電路M=4 4地址譯碼器地址譯碼器 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 線線- -4 線線 譯譯碼碼器器 字線與位線的交點(diǎn)都是一個(gè)字線與位線的交點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有二極管存儲(chǔ)單元。交點(diǎn)處有二極管相當(dāng)存相當(dāng)存1 1，無二極管相

15、當(dāng)存，無二極管相當(dāng)存0 0當(dāng)當(dāng)OE=1時(shí)輸出為高阻狀態(tài)時(shí)輸出為高阻狀態(tài)000101111101111010001101地地 址址A1A0D3D2D1D0內(nèi)內(nèi) 容容當(dāng)當(dāng)OE=0時(shí)時(shí)（1） 用于存儲(chǔ)固定的專用程序用于存儲(chǔ)固定的專用程序（2） 利用利用ROM可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能 查表功能查表功能 查某個(gè)角度的三角函數(shù)查某個(gè)角度的三角函數(shù) 把變量值（角度）作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作把變量值（角度）作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱為為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱為 “造表造表”。使用時(shí)，。使用時(shí)，根據(jù)輸入的地址根據(jù)輸入的地址(角度角度)，就可在輸出

16、端得到所需的函數(shù)，就可在輸出端得到所需的函數(shù)值，這就稱為值，這就稱為“查表查表”。 碼制變換碼制變換 把欲變換的編碼作為地址，把最終的把欲變換的編碼作為地址，把最終的目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。 ROM的應(yīng)用舉例CI3 I2 I1 I0二進(jìn)制碼O3O2O1O0格雷碼CI3 I2 I1 I0格雷碼O3O2O1O0二進(jìn)制碼00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0 000 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

17、 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 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

18、 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用用ROM實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼與格雷碼相互轉(zhuǎn)換的電路 C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0)二進(jìn)制碼O3O2O1O0(D3D2D1D0)格雷碼C(A4)I3 I2 I1 I0(A3A2A1A0) 格雷碼O3O2O1O0(D3D2D1D0)二進(jìn)制碼00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0 000 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 0 001 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 101 1 0