第八章大規(guī)模集成電路復(fù)習(xí)課程

第八章大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路是指集成度達(dá)到每片包含1000個元件（或等效100個門）以上的集成電路，而超超大規(guī)模的集成電路，每片元件數(shù)可達(dá)百萬個。大規(guī)模集成電路的集成度高，包含了很多組合邏輯電路和時序邏輯電路，形成了具有復(fù)雜邏輯功能的數(shù)字系統(tǒng)。大規(guī)模集成電路的種類很多，按其應(yīng)用角度可以分為兩大類：一類為通用形，如各種形號的存儲器、微處理器；另一類屬于專用形，只能在少數(shù)設(shè)備中使用。1大規(guī)模集成電路從制造工藝的角度，也可以分為兩大類:一類為雙極型，另一類是MOS型大規(guī)模集成電路應(yīng)用大規(guī)模集成電路后，可以有效地提高電子設(shè)備的性能，可以大大減少設(shè)備的體積和重量，降低功耗本章節(jié)主要介紹組成大規(guī)模集成電路蝗基本單元電路,它們是組成各種大規(guī)模集成器件的基礎(chǔ).2第一節(jié)動態(tài)移位寄存器和順序存取存儲器(SAM)在第六章中介紹的移位寄存器屬于靜態(tài)移存器,由于它的功耗和占用基片面積都相當(dāng)大,不適合于大規(guī)模集成,這一節(jié)討論適合大規(guī)模集成的動態(tài)移存器.動態(tài)移存器利用MOS管的柵極和基片之間的輸入電容來暫存信息,在充電后,即使去掉輸入信號,電容中的信號不會馬上放掉,至少可以維持幾毫秒.故必須在移位脈沖不斷作用下,才能長久保存信息.所以它只能在動態(tài)中運用,故稱之為動態(tài)移存器.3第二節(jié)隨機(jī)存取存儲器（RAM）

隨機(jī)存取存儲器又叫隨機(jī)讀/寫存儲器，簡稱RAM，指的是可以從任意選定的單元讀出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲單元。

優(yōu)點：讀寫方便，使用靈活。

缺點：掉電丟失信息。

分類：SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器）

DRAM（動態(tài)隨機(jī)存取存儲器）5

RAM的結(jié)構(gòu)和讀寫原理

（1）RAM的結(jié)構(gòu)框圖圖8-1RAM的結(jié)構(gòu)框圖I/O端畫雙箭是因為數(shù)據(jù)即可由此端口讀出，也可寫入6

①存儲矩陣共有28（＝256）行×24（＝16）列共212（＝4096）個信息單元（即字）每個信息單元有k位二進(jìn)制數(shù)（1或0）存儲器中存儲單元的數(shù)量稱為存儲容量（＝字?jǐn)?shù)×位數(shù)k）。

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②地址譯碼器

行地址譯碼器：輸入8位行地址碼，輸出256條行選擇線（用x表示）

列地址譯碼器：輸入4位列地址碼，輸出16條列選擇線（用Y表示）8③讀寫控制電路

當(dāng)R/W

=0時，進(jìn)行寫入(Write)數(shù)據(jù)操作。當(dāng)R/W=1時，進(jìn)行讀出(Read)數(shù)據(jù)操作。

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圖8-2RAM存儲矩陣的示意圖

2564（256個字，每個字4位）RAM存儲矩陣的示意圖。如果X0＝Y(jié)0＝1，則選中第一個信息單元的4個存儲單元，可以對這4個存儲單元進(jìn)行讀出或?qū)懭搿?/p>

10(2)RAM的讀寫原理（以圖8－1為例）當(dāng)CS=０時，RAM被選中工作。若

A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000表示選中列地址為A11A10A9A8=0000、行地址為A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存儲單元。此時只有X0和Y0為有效，則選中第一個信息單元的k個存儲單元，可以對這k個存儲單元進(jìn)行讀出或?qū)懭搿?/p>

11若此時R/W＝1，則執(zhí)行讀操作，將所選存儲單元中的數(shù)據(jù)送到I/O端上。若此時R/W=0時，進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)操作。當(dāng)CS=1時，不能對RAM進(jìn)行讀寫操作，所有端均為高阻態(tài)。12

RAM的存儲單元按工作原理分為：

靜態(tài)存儲單元：利用基本RS觸發(fā)器存儲信息。保存的信息不易丟失。

動態(tài)存儲單元：利用MOS的柵極電容來存儲信息。由于電容的容量很小，以及漏電流的存在，為了保持信息，必須定時給電容充電，通常稱為刷新。13圖8-2-3所示為用6只N溝道增強型MOS管組成的靜態(tài)單元,其中T1~T2管組成RS觸發(fā)器,T5~T6管為門控管,作為模擬開關(guān)使用,以控制觸發(fā)器的Q端、Q端與位線Bj、B之間的聯(lián)系?，F(xiàn)在分析它的工作原理：如果Xi=Xj=1,則該存儲單元被選中（i~j）存儲單元。由于Xi=Yi=1，則T5，T6，T7，T8等均導(dǎo)通。當(dāng)?shù)臅r，進(jìn)行寫數(shù)工作。由于R/W=1，則進(jìn)行讀數(shù)工作。此時門G1、G2禁止，門G3工作，該單元的存儲數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)線通過門G3由I/O輸出數(shù)據(jù)。

一.六管靜態(tài)存儲單元14二.動態(tài)存儲單元15三.RAM容量的擴(kuò)展1.1024*4位RAM圖8-2-7為1024*4位RAM的結(jié)構(gòu)框圖,其中4096個存儲單元排列成64*64矩陣,10位地址碼分成兩組譯碼,A4~A9,6位地址碼加到行地址譯碼器上,其譯碼器的輸出為X0~X63,從64行存儲單元中選出指定的一行,另外4位地址碼加到列地址譯碼器,其輸出為Y0~15,再從已選中的一行里選出要進(jìn)行讀/寫的4個存儲單元.162.位擴(kuò)展法位擴(kuò)展（即字長擴(kuò)展）：將多片存儲器經(jīng)適當(dāng)?shù)倪B接，組成位數(shù)增多、字?jǐn)?shù)不變的存儲器。方法：用同一地址信號控制n個相同字?jǐn)?shù)的RAM。返回17例：將256×1的RAM擴(kuò)展為256×8的RAM。將8塊256×1的RAM的所有地址線和CS（片選線）分別對應(yīng)并接在一起，而每一片的位輸出作為整個RAM輸出的一位。18256×8RAM需256×1RAM的芯片數(shù)為：圖8-10RAM位擴(kuò)展

將256×1的RAM擴(kuò)展為256×8的RAM193.

字?jǐn)U展法將多片存儲器經(jīng)適當(dāng)?shù)倪B接，組成字?jǐn)?shù)更多，而位數(shù)不變的存儲器。例：由1024×8的

RAM擴(kuò)展為4096×8的RAM。共需四片1024×8的RAM芯片。

1024×8的RAM有10根地址輸入線A9～A0。

4096×8的RAM有12根地址輸入線A11～A0。選用2線-4線譯碼器，將輸入接高位地址A11、A10，輸出分別控制四片RAM的片選端。

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圖8-11RAM字?jǐn)U展

由1024×8的RAM擴(kuò)展為4096×8的RAM21字位擴(kuò)展例：將1024×4的RAM擴(kuò)展為2048×8RAM。位擴(kuò)展需2片芯片，字?jǐn)U展需2片芯片，共需4片芯片。字?jǐn)U展只增加一條地址輸入線A10，可用一反相器便能實現(xiàn)對兩片RAM片選端的控制。字?jǐn)U展是對存儲器輸入端口的擴(kuò)展，位擴(kuò)展是對存儲器輸出端口的擴(kuò)展。

22圖8-12RAM的字位擴(kuò)展

將1024×4