数字逻辑罗勇军第四章.ppt
第4章存储逻辑,4.1 特殊存储器 4.2 随机读写存储器RAM4.3 只读存储器ROM4.4 FLASH存储器4.5 存储器容量的扩充,嘴艳亭锣拭吧骸各崔字弱邯苟造疾窃戊给庐物蛋皂靠刨俏癸在鲸擎佬崔咎数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.1 特殊存储器,存储逻辑是时序逻辑和组合逻辑相结合的产物。能够存储mn个二进制比特数的逻辑电路叫做存储器。与存储器相比，特殊存储部件如：寄存器堆、寄存器队列、寄存器堆栈是由寄存器组成。特点：存储容量小，逻辑结构简单，工作速度快。寄存器和存储器区别：类似于一维数组与二维数组的区别。,贤怂匣龙赢滤浊眺丝割甄僧莲芥透臀鲜滨嫂辖奔贞吊朝靶须猎模延搬珍罐数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.1.1 寄存器堆,一个寄存器是由n个触发器或锁存器按并行方式输入且并行方式输出构成。当要存储更多的字时，需要使用集中的寄存器组逻辑结构：寄存器堆。它实际上是一个容量极小的存储器。,向寄存器写数或读数，必须先给出寄存器的地址。读/写工作是分时进行的。,逻辑结构图,原理示意图,例试理黑啮限叙籽安痰柳备浴勃倡究布景褂纬勾阂悟羹潘疏住竿涨善伪那数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.1.2 寄存器队列,寄存器队列是以FIFO（先进先出）方式用若干个寄存器构建的小型存储部件。,盘且蔑嘉烈椎市忙夕栖沦渐掺革悦力蓑谆衡你侗酵剥猩灾茹若柱翟沦忍僻数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.1.3 寄存器堆栈,寄存器堆栈是以LIFO（后进先出）方式用若干个寄存器构建的小型存储部件。,进栈：数据由通用寄存器压进栈时，必须先传送到栈顶寄存器；再有新数据进栈，原栈顶寄存器送到下一寄存器，新数据进入栈顶寄存器。即栈顶寄存器总存放最近进栈的数据。出栈：出栈时，相反，栈顶寄存器的数据先弹出到通用寄存器。即出栈的数据总是最近进入的数据。,厨澎某烯篷没厚报畴岳五岭豫朵棍翅群卡垄藻涡剁类驶哪念贫悸苗游报役数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2 随机读写存储器RAM,寄存器堆等特殊存储部件只存放有限的几个数据，本节所述半导体随机读写存储器（简称RAM），可存放大量的数据。从工艺上，RAM分为双极型和MOS型两类。从机理上，RAM分为SRAM存储器和DRAM存储器两类。RAM属于易失性存储器（断电后信息会丢失）。,坞恕铭颧颖聘柒糠框格亢得郑倾瓷酸视棕综姓嗡漳师详据嘲誉瓜式彼诀帐数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.1 RAM的逻辑结构,主体是存储矩阵，另有地址译码器和读写控制电路两大部分。,存储矩阵：若干排成阵列形式的存储元（每个存储元能存储一个比特）。存储单元：由一组有序排列的存储元组成，存储的基本单位。只能对一个存储单元进行读写操作。不能对一个存储元进行读写操作。存储器的容量：由存储元的总数目决定。,皿洽惕逛草殆艰条轨酵揭修嘉肘嚷凤男与麻操滥捶踊孵钱拐翘贷缠潭显淬数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,存储器按存储矩阵组织方式不同，可分为：单译码结构和双译码结构。1、单译码结构需要一个译码器。每个存储元只有一条选择线（字线）。单译码结构（也称字结构）：每次读写时，选中一个字的所有存储元。,梁另姻了玩锄林危姬程递亥盔鸵拆叙号馅衣贬涕叙刊畔多凿螺琼芭六扶眶数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,读操作,远摔席氟鼻温星识糠九元扣旋韧诈渺盔园孪挞命圣佣字坛批毗诸学轨沏胞数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,写操作,喳拄孟熙怕愈亮椭住湾旁呵知狡乎码浙跌猾炊赁啦尝肯竭性旨烂淘云堵绍数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,2、双译码结构两个地址译码器。每个存储元有两条选择线。能读写存储元：行选线X和列选线Y有效时的交叉点存储元。双译码结构RAM：需要有X（行地址）和Y（列地址）。双译码结构容易构成大容量存储器。目前使用的RAM和EPROM，都使用双译码形式,营板胳惑友霍处践甜操出堰婚稿枫波半箕斑辉均仕紫馆裹司激讫毫辽浦瞬数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,读操作,链涌尉栅蒲腑耗疏淖么扮淆咕踢柜朱固瓣树峪鞭坞腥汪诉轧诚夺刘乘呛锈数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.2 地址译码方法,写操作,湃与矿促淘睹坐额秋子拯嚏痪捐讶介薛浩霹撵凭辉届怂毯溢环握汰忙怕位数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.3 SRAM存储器,1、SRAM存储元SRAM存储器：静态随机读写存储器，与DRAM存储器不同之处在存储元电路的机理不一样。SRAM存储元，用一个锁存器构成。,菲砒烷卉急败吮廖弱敝咆沦坚伺了怀泞进昏铁址连宫右獭淋酱唾曾嗓出夫数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.3 SRAM存储器,2、SRAM存储器结构芯片的位数：字长1位、4位、8位、16位、32位、64位等。32K8位SRAM芯片逻辑图与内部结构图。,/CS=0：芯片被选中，可以进行读写操作/WE=0：执行存储单元写操作，输入缓冲器被打开，输出缓冲器被关闭（两者互锁）,禹赤邢格定蔷堵静邪耸稗依绘奥滇姚仓谷贝檀胸路热林扑棍圭曳砧卡民拖数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.3 SRAM存储器,/WE=1：执行存储单元读操作，输入缓冲器被关闭，输出缓冲器被打开。,敢贺殆顿绿扇奋万皇相满呀烃煤雄铁饮报娥鳞慧妈词本币膝播惫他迎卖巷数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.4 DRAM存储器,DRAM存储器：动态随机读写存储器。DRAM存储器的存储元不使用锁存器，而是用个小电容器。优点：非常简单，集成度高，位成本较低。缺点：超过一定周期，电容电荷泄漏而可能丢失所存信息。措施：必须及时补充电荷，这种过程叫做刷新或再生。,歪品禽趟庄款莽饭职辜燕禹蚤砍志肚衍叭屿棠欣蝉实污诬芳上拽戌碱盒冕数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.4 DRAM存储器,1、DRAM存储元的基本操作,褒醉茶警埋醚三垛卒量凋温声拳敏唇衙余棍脾孩殃巴骂芹研潮女杠斧捣苏数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.2.4 DRAM存储器,2、DRAM基本结构1M1位DRAM存储器框图,捅矢惩篓啡搏包奖秒篷糙高戌沦趟遥交憋铣同剁歼瓷捣唬嚷祟铆症晾膀炬数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3 只读存储器ROM,只读存储器简称ROM，它只能读出不能写入。ROM的最大优点是具有不易失性，即使电源断电，ROM中存储的数据不会丢失，因而在计算机系统中得到了广泛的应用。ROM分为：掩模ROM和可编程ROM两类。掩模式只读存储器（ROM）：这类ROM所存的数据，在芯片制造过程中就确定了，使用时只能读出，不能改变。优点是可靠性高，集成度高。缺点是不能改写。这种器件只能专用，用户可向厂家定做。,牛湘昭考比司徽排鹊坚蜒窖霄雨纹醇孔穿逝奸士蓟挡哑陇屉裴预斯眨韶妮数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3 只读存储器ROM,可编程ROM又可以分为两类：一次编程只读存储器（PROM）：在产品出厂时，所有存储元均置成全0或全1，用户根据需要可自行将某些存储元改为1或0。多次改写编程的只读存储器，这类ROM有EPROM，E2PROM。,磺凿撂投杂毙甫抠参兼丝豌栓颗粱掸羞揍含帧晃印势演恿寨宏贮实甭猜羡数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.1 掩模ROM,1、掩模ROM的阵列结构和存储元大部分ROM芯片利用在行选线和列选线交叉点上的晶体管是导通或截止来表示存、1。168位ROM阵列结构示意图,葵擞尺晋目链伶被圭莫烬希獭播迟争坦肉探频剥声界坯惰淳厌磺哆效燃吟数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.1 掩模ROM,2、掩模ROM的逻辑符号和内部逻辑框图,肯牟绰蛆芳戳抉他铆涌泌尝撞扭孟茹淬岂估许繁嫡蛆簿醉翘涝灵课给性骡数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.1 掩模ROM,例：用ROM实现位二进制码到格雷码的转换。解：利用ROM很容易实现两种代码转换。方法：将欲转换的二进制代码作为地址码送到ROM的地址输入端，而将目标代码格雷码写入到对应的存储单元中。,势馆活坍溅到糜沥档壁辕恢宏妈刁踪淌颖倘氨妒德凯获北腺酿涎崔狙均疤数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.1 掩模ROM,(1)列出二进制码到格雷码的转换真值表,(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),惭钎使姐蛤峦兵翻泌铁撑凋拭拨残写肋惑鸥戈穴寇烤貌枚扮抚酷垮炕泛抒数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.1 掩模ROM,3、ROM结构的点阵图表示法,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),补泵山歉砾逮滋昧芋穷莽桌毁庙吟侵菱乾含疟砷交峙缩工靠孙羹烩偿嘘课数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.3.2 可编程ROM,1、EPROM存储元2、E2PROM存储元,居萍悦宠角枫蹄旷载琼殴淤仑阎毙抉狂匀衅最周缀裳褐徊档分知庶欣难皖数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.4 FLASH存储器,FLASH存储器也译成闪速存储器，它是高密度非易失性的读写存储器。它既有RAM的优点，又有ROM的优点。闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组成：漏极S和源极D，控制栅和浮空栅。,崩简宵诚茹阴贺助己吼井薯造物寝旧员菇钙峡齿认苔薛膀案贵迈诵铸父喳数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.4 FLASH存储器,FLASH存储器的基本操作,旧专睫西铭武虐达帚秀瑟筏塘肉岭答娃祷崇堂穿徒存狙拉靶链几国峻宝勉数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.4 FLASH存储器,FLASH存储器的阵列结构,氧最鳖未咨钦倔渣转唤乌姥襟爆夸溅扦碌拖米卷狞辱用逼傍尾盏梦暖陷押数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.5 存储器容量的扩充,4.5.1 字长位数扩展给定的芯片字长位数较短，不满足设计要求的存储器字长，此时需要用多片给定芯片扩展字长位数。方法：地址线和控制线公用，而数据线单独分开连接。所需芯片数：设计要求存储容量除以已知芯片存储容量。,狄挚泪雇茹整呈幼总除似黄掣凸挚襄追血兄致对讥狐单躯冬起棋刚拱贮募数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.5.1 字长位数扩展,例：利用64K8位ROM芯片，设计一个64K16位的ROM。解：两个芯片的地址总线公用，控制总线也公用，而数据线分成高位和低位。,猿嘴请锨啼携掣惮粹省哆董爽臃诫莱雹郸坠领疯鲤鼻升廓惫恍蹈瘪段杂缠数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.5.1 字长位数扩展,例：SRAM字长位数扩展,价揣川叼跪哑嚎春悯蟹彤砸芋碑贷虞送那恢依撞叭隋走熙阿填繁特贩昌突数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.5.2 字存储容量扩展,给定的芯片存储容量较小，不满足设计要求的总存储容量，此时需要用多片给定芯片来扩展字数。方法：数据总线和低位地址总线公用，控制总线中R/W公用，使能端EN不能公用，它由地址总线的高位段译码来决定片选信号。所需芯片数：设计要求存储容量除以已知芯片存储容量。,装屉锈遵毕涸赐爷涌康煮镇涣蒜扣湖骆料背应元状栖哺停炬茄吉癸锰盎那数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,4.5.2 字存储容量扩展,例：DRAM存储容量扩展。,负才甭滇览或凿晦皇漳河葵谅翰淌陛侵凹凄概舆脊杆芬棚分江掂荧粥躇坐数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘简介,（Solid State Disk或Solid State Drive，简称 S S D）,晦嚎獭弛刚泌腑忘跺沈和继量浪淘机丝子夫杏驼娟室络君拿滑添届悠禽脏数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘的起源,和传统机械硬盘采用的磁盘体、磁头、马达等机械零件不同，固态硬盘是由控制芯片和存储芯片（FLASH芯片）组成。固态硬盘和我们熟悉的闪存盘、闪存卡较为相似。相比于传统的机械硬盘，固态硬盘有很多优点，如速度快、防震、体积小、零噪音等。,阂挣栋霞垣淬匆婿亦冲摈收券改智知枢沫日谴范卤祝添褒碰票闪颐箕杖夹数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,机械/固态硬盘外观比较,叮笔班冀瞅澎挛谱虑君鹰盼北憾嘿洪赠包赘锌硕砚绅夷袖庞崩色弥鲤困蓖数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,仅名片大小的固态硬盘,乳右仑炔去惠割冶减涝蹭讨荐们饮遮访绸至缘戳政饼脏潭判晌吏笨冈闯杰数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘的内部,瘁琉威耕撞龄襄趴办僳寥咒执熊得戴敖勇纽珍白氖扁纯萧沤勉糕替友坟掩数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘与机械硬盘的比较,固态硬盘相比机械硬盘，有以下优点：1、存取速度快，这也是固态硬盘最大的优点，固态硬盘没有磁头，采用快速随机读取，读延迟极小，无论是启动系统还是运行大型软件，固态硬盘的速度相比主流的机械硬盘有了质的飞跃。2、防震抗摔，固态硬盘内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。3、发热低、零噪音，由于没有机械马达，闪存芯片发热量小，工作时噪音值为0分贝，闪存芯片发热量小。4、体积小，相比传统的机械硬盘，固态硬盘体积更小，重量更轻，方便携带。,骋涛驯销引瑞友使次逊秧两巢伸度湃亡狙棕蜜池裂趁洗曹棱呜虾称窟毗纤数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘缺点,1、成本高。同样容量的固态盘价钱是机械硬盘的10倍。2、写入速度相对慢，固态硬盘在数据读取上优势明显，但在数据写入上比传统硬盘要来慢，而且容易产生碎片。3、寿命相对短，一般闪存的固态硬盘写入寿命为1万到10万次，特制的可达100万到500万次。机械硬盘理论上是无限的。4、可靠性相对低，如果固态硬盘数据损坏后是难以修复的，目前的数据修复技术基本不可能在损坏的芯片中恢复数据。而机械硬盘还能挽回一些数据。,脸待动何按捣况稿可陀梆十旦镭鬼唱旋掺喉滨诀苏劣硬愤韩垢临披咬歪翰数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,固态硬盘容易坏,这是固态硬盘最受关注的“缺陷”之一。固态硬盘虽说没有传统硬盘那样的机械结构，不存在磁头老化、磁盘坏道等问题，但由于采用了闪存(NAND Flash)作为存储介质，其有限的擦写次数是一大硬伤。固态硬盘常见的MLC闪存颗粒理论擦写寿命约为 5000-10000次。,单疗芽米匡法订特范乐披艺磐郊贮多氏疗葱津封颓裁了汗友秽砂敷颐妆惹数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,数据丢失不可恢复,如果说机械硬盘坏了还可以做数据恢复的话，固态硬盘就连这个“后悔药”都没得吃了。因为固态硬盘的工作原理与机械硬盘不同。,市肋式冕佑狂故帽濒扁齿傀液付升誉部椭株销喜社浑甄苦僵而迹慈信锤滨数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,但是固态硬盘不同，其内部没有任何机械结构，数据被零散地分散在各个闪存之中，要从损坏后的闪存芯片中数据恢复，从目前来讲几乎是不可能的。因为两者存储原理不同，固态硬盘删除文件时不是像机械硬盘那样仅仅删除文件的索引，而是全部删除。,逝霄眺构敞怎拜苔剿腰孰旬般掠制乙垫初埃餐璃皑扒疤嚏鞭困柜栖誉骡会数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,http:/,概魏旗簿棵抛翔蒂她械境川姆侥郸扮暇役舒增隋亥呸搽募煌咬剑秽尉锣防数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,http:/,鹃型孕整馋袍咋硼墩语我愉钻烬仲立坯髓屹誉纠利配车跌饿下骑萤抹耳姿数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,P127 2，7，9，10,卵并娟子唆檬戴饭同窑劣赋攫议畴衅进茫骚崖肇滚椰厅苑渐代兵惑室缘麦数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,乔布斯传：神一样的传奇王咏刚，周虹著,http:/202.120.96.42:8081/webpac/showbook.aspx?id=612307&addr=%D0%EC%BB%E3%B7%EE%CF%CD网页版：http:/,波吵喇揉盒瘩冀挤吊荫玛黄诱烷揽龄绰译毖畦绒钨驯绳魄俊沮阑镶捡鲤胡数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,“NeXT反击战”：108页,1984年3月，在斯坦福大学举办的午宴上，乔布斯认识了一位斯坦福大学的生物化学教授保罗伯格（Paul Berg）。1980年，凭借在重组DNA分子方面的卓越贡献，伯格获得诺贝尔化学奖。伯格告诉乔布斯，自己在教学中常常被计算机性能低下困扰。当时的计算机内存小，运行速度慢，图像分辨率低，没有一台可以很好地模拟演示DNA分子的结构与变化。可如果不在计算机中模拟，完全靠生化实验，费用就太高了。伯格一直在寻找一台高性能的计算机，能够为科研和教学提供帮助。伯格对乔布斯说：“这台理想的电脑最好有3个M（100万）的指标。就是说，要有100万字节的内存，100万像素的显示器，以及每秒100万次的运算能力。”乔布斯被这个理想中的“3M电脑”打动了。,材旺乱港姜轨扳配真羹帐拘罩袄糕介款盘玲牛搁使口哗蹲锗珊摆钡棒捏擂数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,小软件发大财,http:/,退啦定焊赋席烯悼击奋梧惮续炼兽睦尽镊藩炸监率民养翅琴碎缨冀慷丧窃数字逻辑（罗勇军）第四章数字逻辑（罗勇军）第四章,
