第七章存储器、CPLD

学习完本章后，应该能做到：1、阐明ROM、RAM的结构特点及其工作原理。2、简述PROM、EPROM、EEPROM等概念。3、简述SRAM、DRAM、地址、位、字等概念。4、阐述位扩展、字扩展的方法，并熟练运用。5、简述半导体存储器的应用。第七章存储器、CPLD第七章存储器、CPLD概述7.1只读存储器7.2随机存取存储器7.3可编程逻辑器件存储器是一种能存储大量二值信息的半导体器件。•由于要求存储的数据量往往很大，因而不可能将每个存储单元电路的输入和输出端象寄存器那样固定地引出。半导体存储器采用了按地址存放数据的方法，只有那些被输入地址代码指定的存储单元才能与输入/输出端接通，进行数据的读出和写入。半导体存储器的分类（根据使用功能的不同）（1）只读存储器（ROM）（Read-onlymemory）。（2）随机存取存储器（RAM）（Randomaccessmemory）。概述存储容量：用来衡量存储器存放数据的能力指标，指存储单元的总数。存储单元的最基本的单位是位和字，字的位数叫字长，存储容量通常表示为“m字×n位”。•210=1024=1K（字位），•220=1048576=1024K=1M（字位）•例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的容量为1K×4。•4116型动态RAM的容量为16K×1。•2716型EPROM的容量为2K×8。半导体存储器的主要性能指标存储速度：通常用存取周期来描述。存取周期是指从存储器开始存取第一个字到能够存取第二个字为止所需的时间。例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的读、写周期均为200ns，4116型动态RAM的读、写周期均为375ns。半导体存储器的主要性能指标7.1只读存储器（ROM）只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。且只能读出，不能随时写入。工作时，将一个给定的地址码加到ROM的地址输入端，便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数据。只读存储器存入数据的过程，称为对ROM进行编程。ROM的分类按存贮矩阵中器件类型固定ROM--PROM--EPROM--FlashMemory--E2PROM--二极管ROM三极管ROMMOS管ROM按写入方式厂家装入数据，永不改变用户装入，只可装一次，永不改变用户装入，紫外线擦除用户装入，电可擦除高集成度，大容量存储矩阵三态缓冲器地址译码器数据输出地址输入ROM的基本结构固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲器三部分组成。字线容量=字线×位线位线控制信号输入A0A1A1A0Y0Y1Y2Y3D3D2D1D0地址译码器00011011EN存储矩阵字线位线二极管ROM—以4×4为例存储单元1011111000111100译码器输出缓冲器任何时刻只有一根字线为高电平。A0A1A1A0Y0Y1Y2Y3D3D2D1D0地址译码器00011011EN+5V+VDD三极管ROM和NMOS管ROM有一种可编程序的ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,但是，只能改写一次，称为PROM。字线位线熔断丝若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。可编程ROM（PROM）（1）用于存储固定的数据、表格（2）码制变换ROM的简单应用（3）用户程序的存贮（4）构成组合逻辑电路例1用ROM实现十进制译码显示电路。A3A2A1A0DCBAROMD1D2D3CSD5D6D7abcdefgOEabcdefgD41111110011000011011011111001011001110110111011111111000011111111110011000000000000000000000000000000000000000000A3A2A1A0DCBAROMCSabcdefgOEROMD1D2D3D5D6D7D40000地址单元的内容对应七段数码01001地址单元的内容对应七段数码9这些单元不用m0m1m2m9……例2用ROM实现逻辑函数。2/4线译码器A1A0m0m1m2m3D0D1D2D30101010AAAAAAD011AAD01013AAAAD012AAD7.2随机存取存储器(RAM)•随机存储器又称读写存储器•特点：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器。•分类:按功能分静态SRAM、动态DRAM两类；按所用器件分双极型、MOS型两种。RAM的基本结构存储矩阵读/写控制器控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出入入存储单元Y0Y1Y7A4X1X31X0···············列地址译码器行地址译码器A5A3A2A1A0A6A7例如：容量为256×1的存储器（1）地址译码器8根列地址选择线32根行地址选择线32×8=256个存储单元译码方式单译码双译码---n位地址构成2n条地址线。若n=10，则有1024条地址线---将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。若给出地址A7-A0=00100001，将选中哪个存储单元读/写？存储单元Y0Y1Y7A4X1X31X0···············列地址译码器行地址译码器A5A3A2A1A0A6A7若容量为256×4的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0，但其数据线有4根，每字4位。8根列地址选择线32根行地址选择线1024个存储单元若给出地址A7-A0=00011111，哪个单元的内容可读/写？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（2）存储矩阵•静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例基本RS触发器控制该单元与位线的通断控制位线与数据线的通断•Xi=0，T5、T6截止，触发器与位线隔离。T1-T6构成一个存储单元。T3、T4为负载，T1、T2为基本RS触发器。来自行地址译码器的输出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（2）存储矩阵•Xi=1，T5、T6导通，触发器与位线接通。•Yj=1，T7、T8均导通，触发器的输出与数据线接通，该单元数据可传送。来自列地址译码器的输出•静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例来自行地址译码器的输出T7YiT8Yi&&R/WCSI/O112345DD（3）片选信号与读/写控制电路•当CS=0时，选中该单元.若R/W=1，三态门1、2关,3开，数据通过门3传到I/O口，进行读操作；•当CS=1时，三态门均为高阻态，I/O口与RAM内部隔离。•当Xi和Yi中有一消失，该单元与数据线联系被切断，由于互锁作用，信息将被保存。若R/W=0，门1、2开，门3关，数据将从I/O口通过门1、2，向T7、T8写入，进行写操作。RAM存储容量的扩展1.位数（字长）的扩展D0D1D2D3D12D13D14D15例1用4K×4位的RAM扩展为4K×16位的RAM···CS┇A11A0···R/WR/WCSA0A114K×4位（1）I/O0I/O1I/O2I/O3R/WCSA0A114K×4位（4）I/O0I/O1I/O2I/O3······┇┇即该芯片A12A0CSWR/D7D08K8位1388K×8功能框图2.字数的扩展字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。假设某芯片的存储容量为：8K×8（即8192字×8位）。数据线共有：地址线共有：13根（A12~A0）8根（D7~D0）2.字数的扩展图8.1.10A12A0CSWR/D7D08K8位8K8位8K8位8K8位D7D0A12A0A1A0A14A13ENY0Y1Y2Y313131313138888874139WR/A12A0CSWR/D7D0A12A0CSWR/D7D0A12A0CSWR/D7D0(I)(II)(III)(IV)芯片74139有效输出端A14A13IY000IIY101IIIY210IVY311例2将8K×8位的RAM扩展为32K×8位的RAM3.字数、位数同时扩展例3用256×4的RAM扩展为1K×8位的RAMY0Y1Y2Y32/4A9A8A0-A74256×4256×4CSI/OI/OCS84256×4256×4CSI/OI/OCS844…高四位低四位A2A3A4A5A7A8A9A11DQ0DQ7E2VCCVSSA0A1A6A10A12行译码器存储器阵列256行328列输入数据控制列I/O列译码器E1WG12345678910111213142827262524232221201918171615A2A3A4A5A7A8A9A11DQ0DQ7E2WVCCVSSA0A1A6A10A12E1NCDQ1DQ2DQ6DQ5DQ4DQ3MCM6264G介绍RAMMCM6264该芯片是摩托罗拉公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。10244位RAM（2114）的结构框图4096个存储单元排列成64×64列的矩阵地址译码器输入/输出控制电路参考资料：123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管脚图故其容量为：1024字×4位（又称为1K×4）RAM2114共有10根地址线，4根数据线。