数字电路逻辑设计(第二版)清华大学出版社-朱正伟等编著-ch6

6半导体存储器半导体存贮器能存放大量二值信息的半导体器件。存储器的主要性能指标取快速度——存储时间短存储数据量大——存储容量大6.1概述存储矩阵地址译码器地址输入6.1.1半导体存储器的基本结构数据输出控制信号输入输出控制电路地址译码器存储矩阵输出控制电路Y0Y1Y7A4X1X31X0···············列地址译码器行地址译码器A5A3A2A1A0A6A71.存储矩阵2.地址译码器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。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A7~A0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.读写与片选控制只有片选信号有效时，存储器才被选中，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。1EN1EN1EN&&G3G1G2G4G5CSR/WDDI/O存储器RAM(Random-AccessMemory)ROM(Read-OnlyMemory)RAM(随机存取存储器):在运行状态可以随时进行读或写操作。存储的数据必须有电源供应才能保存,一旦掉电,数据全部丢失。ROM(只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）。固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROMSRAM(StaticRAM)：静态RAMDRAM(DynamicRAM)：动态RAM6.1.2半导体存储器的种类几个基本概念：存储容量（M)：存储二值信息的总量。字数：字的总量。字长（位数）：表示一个信息多位二进制码称为一个字，字的位数称为字长。存储容量（M)＝字数×位数地址：每个字的编号。字数=2n（n为存储器外部地址线的线数）T8T7VDDVGGT6T1T4T2T5T3Yj(列选择线)Xi(行选择线)数据线数据线DD位线B位线B存储单元6.2.1.RAM存储单元•静态SRAM(StaticRAM)•T5、T6导通•T7、T8均导通Xi=1Yj=1•触发器的输出与数据线接通，该单元通过数据线读取数据。触发器与位线接通6.2RAM存储器1、动态存储单元及基本操作原理T存储单元写操作:X=1=0WET导通，电容器C与位线B连通输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元如果DI为1，则向电容器充电，C存1;反之电容器放电,C存0。-刷新R行选线XOD读/写WEID输出缓冲器/灵敏放大器刷新缓冲器输入缓冲器位线B6.2.2动态随机存取存储器读操作:X=1=1WET导通，电容器C与位线B连通输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出T/刷新R行选线XODWEID输出缓冲器/灵敏放大器刷新缓冲器输入缓冲器位线B每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。tAA读出单元的地址有效tRCtOHA地址输出数据上一个有效数据数据输出有效tLZOECEOE数据输出数据输出有效tHZCEtHZOEtDOEtLZCEtACEtRC高阻（a）（b）6.2.3SRAM的读写操作及时序图读操作时序图3.SRAM的写操作及时序图写操作时序图tHDtSD地址有效tWC地址CE数据输入数据有效tAWtSAtSCEtHAWEtSAtHDtSD地址有效tWC地址CE数据输入数据有效tAWtHAWE6.2.4存储器容量的扩展位扩展可以利用芯片的并联方式实现。···CE┇A11A0···WED0D1D2D3WECEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3D12D13D14D15CEA0A114K×4位I/O0I/O1I/O2I/O3WE1.字长（位数）的扩展---用4KX4位的芯片组成4KX16位的存储系统。6.2.4RAM存储容量的扩展2.字数的扩展—用用8KX8位的芯片组成32KX8位的存储系统。RAM1D0D7A0A12CE1芯片数=4RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1RAM1D0D7A0A12CE1系统地址线数=15系统:A0~A14A13~A14?2000H2001H2002H┇3FFFH4000H400H4002H┇5FFFH6000H6001H6002H┇7FFFH0000H0001H0002H┇1FFFH芯片:A0~A1232K×8位存储器系统的地址分配表各RAM芯片译码器有效输出端扩展的地址输入端A14A138K×8位RAM芯片地址输入端A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0对应的十六进制地址码Ⅰ00000000000000000000000000010000000000010┇11111111111110000H0001H0002H┇1FFFHⅡ01000000000000000000000000010000000000010┇11111111111112000H2001H2002H┇3FFFHⅢ10000000000000000000000000010000000000010┇11111111111114000H400H4002H┇5FFFHⅣY0Y1Y2Y311000000000000000000000000010000000000010┇11111111111116000H6001H6002H┇7FFFHA12A0CEWED7D08K8位（Ⅳ）8K8位（Ⅲ）8K8位（Ⅱ）8K8位（Ⅰ）D7D0A12A0WEA1A0A14A13ENY0Y1Y2Y313131313138888874139A12A0CEWED7D0A12A0CEWED7D0A12A0CEWED7D0字数的扩展可以利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端来实现。只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称为只读存储器。(Read-OnlyMemory)ROM的分类按写入情况划分固定ROM可编程ROMPROMEPROME2PROM按存贮单元中器件划分二极管ROM三极管ROMMOS管ROM6.3ROM存储器ROM（二极管PROM）结构示意图D3D2D1D0+5VRRRROEA0A1A1A0Y0Y1Y2Y32线-4线译码器存储矩阵位线字线输出控制电路M=44地址译码器D3D2D1D0+5VRRRROEA0A1A1A0Y0Y1Y2Y32线-4线译码器•字线与位线的交点都是一个存储单元。交点处有二极管相当存1，无二极管相当存0当OE=1时输出为高阻状态000101111101111010001101地址A1A0D3D2D1D0内容当OE=0时（1）用于存储固定的专用程序（2）利用ROM可实现查表或码制变换等功能查表功能－－查某个角度的三角函数把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为“造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。码制变换－－把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。ROM的应用举例CI3I2I1I0二进制码O3O2O1O0格雷码CI3I2I1I0格雷码O3O2O1O0二进制码000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路C(A4)I3I2I1I0(A3A2A1A0)二进制码O3O2O1O0(D3D2D1D0)格雷码C(A4)I3I2I1I0(A3A2A1A0)格雷码O3O2O1O0(D3D2D1D0)二进制码000000000100000000000010001100010001000100011100100011000110010100110010001000110101000111001010111101010110001100101101100100001110100101110101010001100110001111010011101110011110010101111110101100010111110110111101011001010111001000011011011111011001011101001111101011011111000111111010C=A4I3I2I1I0=A3A2A1A0O3O2O1O0=D3D2D1D0A4A3A2A1CI3I2I1ROMD1D2D3D4CEOEA0I0O3O2O1O0用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路6.4常用存储器集成芯片介绍6.4.16116简介A4A3A0A1A21234567891011122423222120191817161514136116A5A6A7D0D2D1GNDD5D3D4D6D7VCCA10A9A8CEOEWE6.4.22764简介1112131516171819D0D1D2D3D4D5D6D7A0A4A3A1A2A5A6A7A10A9A8A11A12CEOEPGMVPP2232124253456789102022271