数字电路与系统(何艳)第九章.ppt

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1、2023/5/27,第九章 半导体存储器,1,第9章 半导体存储器,一、半导体存储器概念,2.存取速度,三、分类,二、重要指标,1.存储量,1.按存取方式分类,2023/5/27,第九章 半导体存储器,2,第一节 只读存储器（ROM）,2.按使用器件类型来分,一.ROM的分类,1.按存储内容写入方式来分,四、ROM的逻辑关系,二.ROM的结构,三.ROM的工作原理,1.属于组合逻辑电路,2.阵列图,2023/5/27,第九章 半导体存储器,3,五、ROM的应用,六、固定ROM(MROM),1.实现组合逻辑函数,2.字符发生器,(1)UVEPROM,七、可编辑只读存储器(PROM),八、可改写可

2、编程只读存储器(EPROM),(2)E2PROM,(3)Flash Memory,2023/5/27,第九章 半导体存储器,4,第二节 随机存储器(RAM),1.位扩展,一、静态RAM(SRAM),二、存储容量的扩展,2.字扩展,三、动态RAM(DRAM),2023/5/27,第九章 半导体存储器,5,第9章 半导体存储器,一、半导体存储器概念：,2.存取速度,二、重要指标,三、分类,1.存储量：字数 N 位数 M,如1K容量通常指 1024 8 bit,高速RAM的存取时间10ns、8 ns、7 ns、6 ns,2023/5/27,第九章 半导体存储器,6,1.按存取方式分类：,串行存储器(

3、SAM):Sequential Access Memory,只读存储器(ROM):Read Only Memory,随机存储器(RAM):Random Access Memory,FIFO型 例：前述的单向移位寄存器FILO型 例：前述的双向移位寄存器,2023/5/27,第九章 半导体存储器,7,第一节 只读存储器（ROM）,一.ROM的分类：,1.按存储内容写入方式来分：,固定ROM(MROM),可擦可编程ROM(EPROM),可编程ROM(PROM）,UVEPROM,E2PROM,FLASH MEMORY,2023/5/27,第九章 半导体存储器,8,2.按使用器件类型来分,二极管ROM

4、,MOS型三极管ROM,双极型三极管ROM,二.ROM的结构：,地址译码器、存储单元矩阵、输出电路,2023/5/27,第九章 半导体存储器,9,存储矩阵MN,输出电路,b0 b1 b N-1,D0 D1 D N-1,地址译码器,W0,A0,图9.1.1 ROM的结构框图,W1,WM-1,A1,AK,2023/5/27,第九章 半导体存储器,10,结论：存1，字线W和位线b间接二极管；存0，字线W和位线b间不接二极管。,三.ROM的工作原理,2023/5/27,第九章 半导体存储器,11,1,1,D3,D2,D1,1,D0,驱动器,输出电路,存储矩阵,地址译码器,b3,b2,b1,b0,字线

5、W0 W1 W2 W3,1,1,1,位线,VCC,A1,A0,图 9.1.2 44 位二极管ROM,2023/5/27,第九章 半导体存储器,12,表9.1.1 图9.1.2的地址输入与输出状态对应关系,2023/5/27,第九章 半导体存储器,13,四、ROM的逻辑关系：,1.属于组合逻辑电路,2.进行ROM电路的分析和设计，常用阵列图来表,示ROM的结构,2023/5/27,第九章 半导体存储器,14,D0,D1,A1,A0,图 9.1.3 ROM的阵列图,A1,A0,W0,W3,W2,W1,D2,D3,与阵列,或阵列,2023/5/27,第九章 半导体存储器,15,五、ROM的应用,1.

6、实现组合逻辑函数,例9.1.1 试用ROM实现如下组合逻辑函数。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,16,首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项组成的标准“与-或”式,即,解:,采用有3位地址码、2位数据输出的8字节2位ROM。将A、B、C3个变量分别接至地址输入端A2A1A0。按逻辑函数要求存入相应数据,即可在数据输出端D0、D1得到F1和F2,其,2023/5/27,第九章 半导体存储器,17,ROM 阵列如图9.1.9所示,1,1,1,(D1),(D0),F2,F1,A,B,C,ROM 阵列,2023/5/27,第九章 半导体存储器,18,例9.1.2 试用ROM设计一个8421

7、BCD码7段显示译码器电路，其真值表如表9.1.2所示。,解：由真值表可见，应取用输入地址为4位，输 出数据为7位的16 字节7位ROM。,可根据真值表直接画出ROM的阵列图，而 不需要列出逻辑式。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,19,表 9.1.2 8421BCD码7段显示译码器电路的真值表,2023/5/27,第九章 半导体存储器,20,译码器,a,b,c,d,e,f,g,（Q0）,（Q1）,（Q2）,（Q3）,A0,A1,A2,A3,m0,m15,图9.1.10 例9.1.2 ROM阵列,2023/5/27,第九章 半导体存储器,21,2.字符发生器,地址译码器,D0,A2,

8、A1,A0,输出缓冲器,D1,D2,D3,D4,图9.1.11 ROM显示矩阵结构图,2023/5/27,第九章 半导体存储器,22,六、固定ROM(MROM:Mask ROM),七、可编辑只读存储器(PROM:Programmable ROM),八、可改写可编程只读存储器(EPROM),(1)UVEPROM(Ultraviolet Erasable Programmable ROM),2023/5/27,第九章 半导体存储器,23,字线Wi,Vcc,位线Yi,熔丝,图9.1.4 PROM存储单元,双极型晶体三极管,2023/5/27,第九章 半导体存储器,24,存储单元用叠栅注入MOS管构成

9、（SIMOS）,写入：利用雪崩击穿；擦除：利用紫外线。,MOS型晶体三极管,选择栅,浮置栅,典型产品如：intel 2716(2K8)、intel 2732(4K8)。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,25,(2)E2PROM(Electrically-Erasable Programmable ROM),存储单元由一只普通的N沟道增强型MOS管，和一只Flotox管组成。,写入、擦除：利用隧道效应。,MOS型晶体三极管,控制栅,浮置栅,典型产品如：intel 2864(8K8)。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,26,(3)快闪存储器(Flash Memory),集中了U

10、VEPROM和E2PROM的优点。,写入时利用雪崩击穿；,擦除时利用隧道效应。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,27,第二节 随机存储器(RAM),根据存储单元的工作原理，可分,SRAM（Static Random Access Memory）,DRAM（Dynamic Random Access Memory）,一、静态RAM(SRAM),靠触发器的自保功能存储数据，一旦电源断开，所存信息丢失。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,28,X0,X1,X2,X3,X31,X30,Y0,Y1,Y7,列 译 码 器,行译码器,A5,A6,A7,A0,A1,A2,A3,A4,R/W控

11、制电路,读/写R/W,片选CS,I/O,图 9.2.1 RAM结构示意图,2023/5/27,第九章 半导体存储器,29,与ROM相比，多了读/写(R/W)端。,&,&,R/W,I/O,CS,D,D,EN,EN,EN,4,G,5,G,存储矩阵及地址译码电路,地址线,图 9.2.3 片选与读/写控制电路,2023/5/27,第九章 半导体存储器,30,二、存储容量的扩展,1.位扩展,2023/5/27,第九章 半导体存储器,31,2.字扩展,表 9.2.1 地址码与地址范围的关系,2023/5/27,第九章 半导体存储器,32,图 9.2.7 2114芯片字扩展,2-4译码器,A10,A11,R

12、/W,A9 A0,A11 A10,A11 A10,A11 A10,A11 A10,D3 D0,2023/5/27,第九章 半导体存储器,33,试用1K 4位2114RAM扩展一个4K 8位的存储器。,解：（1）确定芯片数：,（2）确定地址线数D,（3）用8片1K 4位2114RAM芯片，经字,位扩展构成的存储电路如图9.2.8所示。,2D=4096，D=12。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,34,2-4译码器,A10,A11,R/W,A9 A0,D3 D0,D7 D4,图 9.2.8 2114RAM的字位扩展,2023/5/27,第九章 半导体存储器,35,三、动态RAM(DRAM

13、),靠MOS管栅极电容或MOS电容的暂存电荷功能存储数据，由于电容的容量很小，且存在漏电流，需不断地进行刷新。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,36,作业题,9.2,9.6,9.7,2023/5/27,第九章 半导体存储器,37,主板BIOS，也称系统BIOS。目前电脑主板BIOS主要有Award BIOS、AMI BIOS和 Phoenix BIOS三种，包含加电自检程序POST（Power On Self Test）、CMOS Setup程序和中断服务子程序。,486及以前电脑的BIOS使用EPROM芯片。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,38,内存主要是168线的SD

14、RAM，在主板上提供168线DIMM内存插座，工作电压是3.3 V。,图1 HY PC100内存条,2023/5/27,第九章 半导体存储器,39,静态存储器（SRAM）的类型和特点 Cache SRAM：用于CPU内部或外部(L1/L2)高速缓存。PB SRAM（Pipeline Burst Cache SRAM）：主要用于在Socket 7 主板上的高速缓存。SRAM不能作为电脑的主存，只用于关键性的地方。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,40,图1-1 CPU访问硬盘的过程,高速缓存Cache和缓冲区Buffer,主板上的 L2 Cache:512 KB1 MB 硬盘上的Buffer:64 KB2 MBCD-ROM 的Buffer:64 KB512 KBCD-R、CD-RW的Buffer:1 MB8 MB HP Laser jet 6P激光打印机Buffer:2 MB,2023/5/27,第九章 半导体存储器,41,CPU主频=外频倍频,前沿总线FSB（Front Side Bus）是从CPU到芯片组之间的总线，该总线的工作频率称为前沿总线频率。,CPU的外频就是主板提供的前沿总线频率。,如P 800 MHz的设置为外频133 MHz，倍频为6。,2023/5/27,第九章 半导体存储器,42,图7-19 技嘉GA6VX7+主板各个部件的工作频率,