熟悉ROM电路的阵列逻辑图

JHR第八章存储器【本章讲授主要内容】1.存储器的概念2.只读存储器（ROM）3.可编程序逻辑阵列（PLA）4.随机存取存储器（RAM）【本章重点难点】1.重点：RAM存储器的工作原理、扩展，ROM的工作原理以及存储器的应用。2.难点：存储器的应用JHR第一节存储器的概念一、存储器的定义存储器（Memory）：是数字系统中记忆大量信息的部件。存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存储信息的仓库。典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数码和信息。随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛应用于各种数字系统中。JHR二、存储器的分类从信息的存取情况来分，可分为：存储器（Memory）随机存取存储器（RAM）RandomAccessMemory只读存储器（ROM）ReadOnlyMemoryJHR2.只读存储器（ROM）在正常工作时，它存储的数据固定不变，存储器的数据只能读出，不能写入。要在存储器中存入数据，须具备特定的条件。1.随机存取存储器（RAM）在操作过程中能任意“读取”某个单元信息，或在某个单元“写入”需存储的信息，常称为“读写存储器”。JHRJHR三、计算机中信息的表示方法1.信息单位计算机系统中，对信息表示的单位有位、字节、字、字长等，它们是用来表示信息的量的大小以及信息存储传输方式的基本概念。（1）位计算机系统中，一个二进制的取值单位称为二进制位，简称“位”，用b表示（bit的缩写），是表示信息的最小单位。JHR（2）字节通常将8个二进制位称为一个字节，即连续8个比特，就是一个字节。简称B（Byte的缩写），是表示的基本单元。在微型计算机中，往往以字节为单位来表示文件或数据的长度以及存储器容量的大小。除此之外，还可用K，M，G或T为单位。例如，一台电脑的内存是128兆字节，就是说这台电脑有128个百万字节的内存。JHR1KB＝210B＝1024B1MB＝1024KB1GB＝1024MB1TB＝1024MB如IBM－PC各微型机的基本内存空间是640KB。常用的3.5HD软盘容量是1.44MB，硬盘容量有1GB、4GB、6GB、10GB、20GB、30GB、40GB、80GB等。JHR（3）字计算机在执行存储、传送等操作时，作为一个整体单位进行操作的一组二进制，称为一个计算机字，简称字。计算机的存储器中，每个单元通常存储一个字，因此，每个字都是可以寻址的。JHR（4）字长每个字所包含的位数称为字长。由于字长是计算机一次可处理的二进制数的位数，所以，它与计算机处理数据的速率有关，是衡量计算机性能的一个重要因素。如，APPLEII等微型机的字长是8位，称为8位机，IBM－PC／AT微机是16位机，486、586微型机是32位机等。一般计算机的字长越大，其性能越高。2.内存储器（主存储器）内存储器是数据和代码的临时存放设备，存放输入／输出数据以及CPU进行计算、处理的数据。JHR内存储器可分为RAM（RandomAccessMemory，随机存储器）和ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器）。目前，内存储器一般为半导体存储器。（1）随机存储器RAMRAM的特点是可读可写，但关机后存储的信息将自动消失。RAM又分为动态存储器DRAM（DynamicRandomAccessMemory）和静态存储器SRAM（StaticRandomAccessMemory）。JHR◆动态存储器DRAMDRAM主要用于主存储器（俗称内存条）的制造。◆静态存储器SRAMSRAM主要用于高速缓存，其存取速度比DRAM分快得多。JHR（2）只读存储器ROMROM中通常用来存放一些不能改写而用于管理机器本身的监控程序和其它基本的服务程序。它存储的信息一般由厂商在制造时写入的。如主板上用以存储基本输入输出系统——BIOS的ROM。（BIOS是电脑基本输入输出系统），在开机时，CPU首先执行ROMBIOS中的指令来搜索磁盘上的操作系统文件。早期的ROM不能改写，随着科学技术的发展，ROM中的数据已经可以更新。JHR3.外存储器外存储器与内存储器相比，存储容量大，可靠性高，价格低，在脱机情况下可永久保存信息。但速度较内存储器慢得多，它属外部设备。主要有：软盘存储器、硬盘、光盘等。JHR第二节只读存储器（ROM）只读存储器(ROM)中的信息一旦写入，在正常工作时，只能读出信息而不能修改，其所存信息在断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。一、功能与结构JHRJHR1.只读存储器（ROM）的结构ROM的一般结构，它由地址译码器、存储矩阵和读出电路三部分组成。图中n位地址（A0～An－1）经译码器译出后使2n字线（W0～）中的一条有效，从而在存储矩阵2n个存储单元中选中其中之一。通过被选通单元的m个基本存储电路的位线（D0～Dm－1），即可读出存储单元的内容。对于有n位地址和m位字长的ROM来说，它的存储容量为2n×m位。存储器的容量＝字数×位数ROM的容量由或门阵列来实现。12nWJHR2.4×4ROM的电路结构和简化框图JHRJHR3.4×4ROM电路的工作原理（1）当使能控制S＝1时，A0、A1在“00～11”中取值，W0～W3中必有一根被选中为“1”。此时，若位线与该字线交叉点上跨接有二极管，则该二极管导通，使相应的位线输出为“1”；若位线与字线交叉点无二极管，则相应的位线输出为“0”。如，当A1＝1、A0＝0时，字线W2＝1，D2、D1与W2交叉点上跨接有二极管，D2＝D1＝1，D3、D0与W2交叉点上无二极管，D3＝D0＝0，输出的字单元内容D3D2D1D0＝0110。JHR（2）当使能控制S＝0时，所有字线全被钳位于“0”，致使所有位线输出为“0”，此时表示该ROM电路被禁止读出。（3）4×4ROM真值表JHR当A1A0＝0时，由于字线0输出为“1”，或矩阵中D3、D1、D0位线有二极管挂到字线0（W0线）上，D2位线无二极管挂到字线0（W0线），因此输出一个W0字“1011”。其它依此类推。JHR4.用三极管构成的4×4ROM电路JHR5.4×4ROM简化图JHR在简化形式的ROM图中，不再画出电源、电阻、二极管（或三极管），只在与或阵列的交叉线处加黑点表示有存储元件（在真值表中为1）。不加黑点表示无存储元件（在真值表中表示为0）。这种简化图又称作“ROM阵列逻辑图”，它与ROM电路真值表具有一一对应关系。如由4×4ROM阵列图有：JHR0101010130010102101010220101010133AAAAAA二、ROM应用举例1.“字”的应用——由地址读出对应存储单元的字【例1】用ROM电路构成一个码制转换器，将四位二进制码制转换成四位Gray码（循环码）。JHR［解］（1）四位二进制码转换为格雷码的真值表将四位二进制码B3B2B1B0作为ROM码制转换器的四位地址输入，四位Gray码G3G2G1G0作为ROM的字输出。其转换真值表为：JHR（2）由真值表写出最小项表达式G3＝∑（8、9、10、11、12、13、14、15）G2＝∑（4、5、6、7、8、9、10、11）G1＝∑（2、3、4、5、10、11、12、13）G0＝∑（1、2、5、6、9、10、13、14）（3）根据最小项表达式，画出4位二进制码—格雷码转换器的ROM阵列结构示意图JHRJHR2.“位”的应用——由各位线可分别得到地址输入变量的最小项的和JHR0101010100010110101012010101013AAAAAAAADAAAAADAAAAAADAAAAAAAAD由此可见，每一位Di均为输入A1、A0的逻辑函数，说明ROM确实可用作组合逻辑函数发生器。JHR三、PROM和EPROM1.PROMPROM为可编程只读存储器（ProgrammableReadOnlyMemory），可由使用者根据编程要求，将应该存储信息一次写入PROM中，写好后就不可更改。所以它只能写入一次。PROM电路的特点是在与或阵列的各个交叉点上均有熔丝和存储元件串接的电路，如图所示：JHRPROM与门阵列是固定的，或门阵列可编程。当用户要在某处存“0”信号，可按地址供给数十毫安的脉电流，将该处熔丝烧断，使串接的存储单元不再起作用，在则未熔断的地方，则表示存“1”的信息。这种ROM可实现一次编程要求，若编写结束，存储器中存储信息就已固化，不可能改编入别的信息。JHR16×8位PROM的结构原理图由存储矩阵、地址译码器和输出电路组成。JHR2.EPROM（1）EPROM的概念EPROM即光擦可编程只读存储器（ErasableReadOnlyMemory）,EPROM的存储内容不仅可以根据需要来写入，而且当需要更新存储内容时还可以将原存储内容抹去，再写入新的内容。这一特性，取决于EPROM的内部结构。即它的存储元件是一种特殊的FAMOS管，（浮栅雪崩注入MOS管）其栅极是浮空的多晶硅。JHR浮空多晶硅栅SiO2FAMOS字线位线FAMOS管连线图JHR（2）典型EPROM集成芯片的介绍典型EPROM存储器芯片型号、容量、引脚数：容量＝字数×位1K＝210＝1024如2732的容量为4096字×8位JHR［例题1］如图表示用EPROM实现组合逻辑函数的点阵图。（1）写出函数Y1、Y2的逻辑表达式。（2）说明器件的特点和点阵存储容量大小。JHR［解］（1）逻辑函数Y1、Y2由EPROM矩阵实现。根据EPROM的结构特点，与阵列为固定结构，或阵列为可编程结构。因此输入和输出间的逻辑关系可直接写成与—或表达式，输入变量是A、B、C，直接加在EPROM地址端，输出变量Y1、Y2由EPROM数据输出端输出。ABCCBABCAYCABCBACBACBAY21JHR（2）EPROM为大规模集成电路，用户可根据需要反复改写存储单元的内容，因此可以实现任何复杂的组合逻辑函数。存储容量为6×8＋2×8＝64（个存储单元）［例题2］EPROM实现的组合逻辑函数如图所示。（1）分析电路功能，说明当输入X、Y、Z为何值时，函数F1＝1，函数F2＝1。（2）说明X、Y、Z为何种取值时，F1＝F2＝0。JHR［解］由图可知，逻辑函数F1、F2由EPROM矩阵组成。因此可直接写出输入和输出间的与—或表达式。即JHRXYZZXYZYXYZXFZYXYZXZYXZYXF21由上式看出：当XYZ＝000,001，100,101时，F1＝1；当XYZ＝011,101,110，111时，F2＝1。（2）从F1、F2的逻辑表达式中看出，当XYZ＝010,100时，F1＝F2＝0JHR［例题3］如图所示为多输出函数F1、F2、F3、F4的ROM点阵图，写出F1、F2、F3、F4对输入变量A、B、C的逻辑表达式。JHR［解］CBACBABCACBACBACBAFCABBCACBACBAFABCCBABCACBAFABCCBACBACBAF4321［设计题1］已知函数F1、F2、F3、F4：DBCACAABCDFABCDCACDACBAABCDFDCBADBCDAABCDFBCDDCADBBAABCDF)()()()(4321试用EPROM实现上述函数，画出相应的点阵图。JHR用EPROM实现逻辑函数时，一般步骤为如下：（1）确定输入变量数和输出端个数；（2）将函数化为最小项之和的形式；（3）确定EPROM的容量；（4）确定各存储单元的内容；（5）画出相应的点阵图。【解】（1）由本题给定的条件，可知输入变量数为A、B、C、D，（4个）输出为F1、F2、F3、F4（4个）。JHR（2）利用卡诺图将函数F1～F4写成最小项之和的形式，得F1＝∑（0，1，2，3，7，8，9，10，1