1、2021-12-71數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-72北航 電子信息工程學(xué)院第七章、第八章 作業(yè) （第五版）n7.5；7.9；7.11n8.3；8.5數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-73北航 電子信息工程學(xué)院n存儲(chǔ)器用以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼的器件n半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類根據(jù)使用功能的不同，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAMRandom Access Memory）和只讀存儲(chǔ)器（ROMRead-Only memory）按照存儲(chǔ)機(jī)理的不同，RAM又可分為靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAMn存儲(chǔ)器的容量存儲(chǔ)器的容量=位數(shù)（字長）字?jǐn)?shù) 第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-74北航 電子信息工程學(xué)院7.1

2、只讀存儲(chǔ)器(ROM)7.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） 7.3 存儲(chǔ)器的應(yīng)用 第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-75北航 電子信息工程學(xué)院n ROM的分類 n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理n ROM容量的擴(kuò)展 7.1 只讀存儲(chǔ)器ROM數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-76北航 電子信息工程學(xué)院n ROM的分類固定ROM（掩膜ROM）廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器中，用戶無法進(jìn)行修改一次性可編程ROM（PROM）出廠時(shí)存儲(chǔ)內(nèi)容全為1（或全為0），用戶可根據(jù)自己的需要編程一次光可擦除可編程ROM（EPROM）用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可編程存儲(chǔ)器，其內(nèi)容可通過紫外線照射而被擦除電可擦除可編程ROM（E2PROM）

3、采用浮柵技術(shù)，其存儲(chǔ)單元的是隧道MOS管，可用電擦除，擦除速度快（毫秒量級），兼有ROM和RAM的特性快閃存儲(chǔ)器（Flash Memory）采用浮柵型MOS管，電擦除方式，數(shù)據(jù)寫入方式與EPROM類似，擦除/寫入速度快，集成度高數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-77北航 電子信息工程學(xué)院n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣和輸出緩沖器組成 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-78北航 電子信息工程學(xué)院ROM示意 0單元1單元i單元單元2 1nWWWWD DD01in2 101b1位線存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元.字線輸出數(shù)據(jù)輸1AA器.地入址譯0n1地碼址A.n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)202

4、1-12-79北航 電子信息工程學(xué)院掩膜ROM：二極管ROM電路 二極管與與門二極管或或門n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-710北航 電子信息工程學(xué)院工作原理 二極管ROM電路 n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理001100011100導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-711北航 電子信息工程學(xué)院掩膜ROM：二極管ROM電路 與門陣列輸出 010AAW 011AAW 012AAW 013AAW 或門陣列輸出 100WWD311WWD3202WWWD313WWDn ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-712北航 電子信息工程學(xué)院ROM中的數(shù)據(jù) 字線和位

5、線的每個(gè)交叉點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元。 交點(diǎn)處接有二極管時(shí)相當(dāng)于存1，沒有接二極管時(shí)相當(dāng)于存0。 交叉點(diǎn)的數(shù)目也就是存儲(chǔ)單元數(shù)。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量（或稱容量）： “（字?jǐn)?shù)）（位數(shù)）”即“224位”。 掩膜ROM：二極管ROM電路 n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-713北航 電子信息工程學(xué)院掩膜ROM：用MOS管構(gòu)成的存儲(chǔ)矩陣 字線和位線的每個(gè)交叉點(diǎn)上接有MOS管時(shí)相當(dāng)于存1，沒有接MOS管時(shí)相當(dāng)于存0。 給定地址代碼，譯成W0W3中某根字線上的高電平信號，使得這根字線上的MOS管導(dǎo)通，相連的位線為低電平，反相數(shù)據(jù)輸出高電平1。 掩模ROM的特點(diǎn)：出廠時(shí)已經(jīng)固定，不能更改，適合大量

6、生產(chǎn)簡單，便宜，非易失性n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-714北航 電子信息工程學(xué)院 PROM的結(jié)構(gòu)原理圖 熔絲型PROM的存儲(chǔ)單元總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但存儲(chǔ)單元不同寫入時(shí)，要使用編程器n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-715北航 電子信息工程學(xué)院EPROM（UVEPROM）管疊柵注入MOSMOSInjuctiongateStackedSIMOS)(浮置柵控制柵:fcGG通處正常邏輯高電平下導(dǎo)上未充負(fù)電荷，則若導(dǎo)通處正常邏輯高電平下不上充以負(fù)電荷，則若工作原理：cfcfGGGGn ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-716北航

7、 電子信息工程學(xué)院EPROM（UVEPROM）n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理年）光燈下分鐘（陽光下一周，熒紫外線照射空穴對，提供泄放通道生電子“擦除”：通過照射產(chǎn)形成注入電荷到達(dá)吸引高速電子穿過寬的正脈沖，上加同時(shí)在發(fā)生雪崩擊穿）間加高壓（“寫入”：雪崩注入33020502525202,fcGSiOmsVGVSD數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-717北航 電子信息工程學(xué)院 電可擦除的可編程ROM（E2PROM）)(管浮柵隧道氧化層采用點(diǎn)擦除慢，操作不便的缺為克服MOSFLOTOXUVEPROMn ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-718北航 電子信息工程學(xué)院上電荷經(jīng)隧道區(qū)放電加正脈

8、沖，接放電：fjiCGBWG,0fjCiGBmsVGW電子隧道區(qū)接的正脈沖，加充電：01020 ,導(dǎo)通）下，電壓（未充電荷時(shí)，正常讀出截止）下，電壓（充電荷后，正常讀出工作原理：TVGTVGGCCf33 電可擦除的可編程ROM（E2PROM）n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-719北航 電子信息工程學(xué)院 快閃存儲(chǔ)器（Flash Memory）為提高集成度，省去T2（選通管），改用疊柵MOS管（類似SIMOS管）快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元MOS管的源極N+區(qū)大于漏極N+區(qū)浮柵到P型襯底間的氧化絕緣層比SIMOS管的更薄。 在源極上加一正電壓，使浮柵放電，從而擦除寫入的數(shù)據(jù)。由于快閃

9、存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元MOS管的源極是連接在一起的，數(shù)據(jù)擦除是類似EPROM那樣整片擦除或分塊擦除。 數(shù)據(jù)寫入和讀出數(shù)據(jù)寫入和讀出方式與E2PROM相同。 數(shù)據(jù)擦除n ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-720北航 電子信息工程學(xué)院字?jǐn)?shù)擴(kuò)展 . .AAOO OCSOE00127OE0AA12DD70O.0.120A7OOEACSOO.0.120A7OOEACSO.AAYYGG00A12G17.Y127642764276474LS138U1U2U8+5VAAA1314152A2B131313138888地址總線數(shù)據(jù)總線n ROM容量的擴(kuò)展8片2764擴(kuò)展成64k8位EPROM 數(shù)字電路

10、與系統(tǒng). .AAOO OCSOE00127OE0AA12DD70O.0.120A7OOEACSOO.0.120A7OOEACSO.AAYYGG00A12G17.Y127642764276474LS138U1U2U8+5VAAA1314152A2B131313138888地址總線數(shù)據(jù)總線2021-12-721北航 電子信息工程學(xué)院8片2764擴(kuò)展成64k8位EPROM 字?jǐn)?shù)擴(kuò)展 n ROM容量的擴(kuò)展數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-722北航 電子信息工程學(xué)院n ROM容量的擴(kuò)展字長的擴(kuò)展 . .AAOO OCSOE00127.AAOO OCSOE00127CSOEA0A1270DD815DD131

11、31388地址總線數(shù)據(jù)總線8kB88kB827642764UU12兩片2764擴(kuò)展成8K16位EPROM 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-723北航 電子信息工程學(xué)院n RAM的基本結(jié)構(gòu) n RAM的存儲(chǔ)單元n RAM的容量擴(kuò)展 7.2 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-724北航 電子信息工程學(xué)院n RAM的基本結(jié)構(gòu)讀/寫存儲(chǔ)器，方便讀出和隨時(shí)寫入缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)易失 由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器(分行和列)、讀寫控制器、輸入/輸出控制、片選控制等幾部分組成 RAM結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-725北航 電子信息工程學(xué)院 存儲(chǔ)矩陣 寄存器矩陣，用來存儲(chǔ)信息 10244位RAM（211

12、4）的存儲(chǔ)矩陣 n RAM的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-726北航 電子信息工程學(xué)院 10244位RAM（2114）的存儲(chǔ)矩陣 行地址譯碼器：行642:683AA列地址譯碼器：個(gè)存儲(chǔ)單元從選中行中挑出列，4162:,49210AAAA1, 100YX1, 11563YXn RAM的基本結(jié)構(gòu) 地址譯碼器 將存儲(chǔ)器地址所對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)譯成有效的行選信號和列選信號，從而選中該存儲(chǔ)單元，分行列可減少連線數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-727北航 電子信息工程學(xué)院 讀/寫控制 從多片存儲(chǔ)器中選擇一片RAM中的一個(gè)地址接受CPU訪問，使其它RAM芯片處于斷開狀態(tài) 片選控制 RAM的輸入/輸出控制電

13、路 片選信號 ：當(dāng) =0時(shí)，RAM工作， =1時(shí)，所有I/O端均為高阻狀態(tài) 讀/寫控制信號 ： =1 時(shí)，執(zhí)行讀操作，將存儲(chǔ)單元中的信息送到I/O端上；當(dāng) =0時(shí)，執(zhí)行寫操作，加到I/O端上的數(shù)據(jù)被寫入存儲(chǔ)單元中 CSCSWR/WR/CSn RAM的基本結(jié)構(gòu)WR/數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-728北航 電子信息工程學(xué)院分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類 n RAM的存儲(chǔ)單元六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元 VCCQQT2T4T1T3Q=1狀態(tài)斷有電荷VCCQQT2T4T1T3Q=0狀態(tài)斷通有電荷&RQQS T1與T2、T3與T4分別構(gòu)成反相器，兩個(gè)反相器構(gòu)成基本觸發(fā)器，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)字電路與系統(tǒng)2021

14、-12-729北航 電子信息工程學(xué)院行選信號列選信號 T5、T6是門控管，由Xi線控制其導(dǎo)通或截止，用來控制觸發(fā)器輸出端與位線之間的連接狀態(tài) T7、T8也是門控管，其導(dǎo)通與截止受Yj線控制，用來控制位線與數(shù)據(jù)線之間連接狀態(tài) 分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類 n RAM的存儲(chǔ)單元六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-730北航 電子信息工程學(xué)院行選信號列選信號T5、T7導(dǎo)通，存儲(chǔ)信息Q被讀到I/O線上。寫入的信息加在I/O線上，I/O線上信息以及與有其相反的信息經(jīng)T7、T8 和T5、T6加到觸發(fā)器的Q端和 端，也就是加在了T3和T1的柵極，從而使觸發(fā)器觸發(fā)，即信息被寫入。 無效使能有效321

15、, 1/, 0AAAWRCS使能有效無效321, 0/, 0AAAWRCSQ分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類 n RAM的存儲(chǔ)單元六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元 讀出時(shí)： 寫入時(shí)： 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-731北航 電子信息工程學(xué)院六管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元 功耗低 雙極型靜態(tài)存儲(chǔ)單元速度快 n RAM的存儲(chǔ)單元數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-732北航 電子信息工程學(xué)院 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元是利用MOS管柵極電容可以存儲(chǔ)電荷的原理n RAM的存儲(chǔ)單元數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-733北航 電子信息工程學(xué)院 四管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元 動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元利用MOS管柵極電容暫時(shí)存儲(chǔ)信息 T1和

16、T2交叉連接，電荷存儲(chǔ)在C1、C2上。當(dāng)C1充有電荷，C2沒有電荷時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止，稱此時(shí)存儲(chǔ)單元為0狀態(tài)；當(dāng)C2充有電荷，C1沒有電荷時(shí)，T2導(dǎo)通、T1截止，稱此時(shí)存儲(chǔ)單元為1狀態(tài)。 T3、T4、 T7和T8是門控管，控制存儲(chǔ)單元與位線的連接 T5和T6是對位線的預(yù)充電電路，在讀操作前對CB充電，讀操作時(shí)通過CB對柵極電容補(bǔ)充電荷，這種操作稱作刷新n RAM的存儲(chǔ)單元數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-734北航 電子信息工程學(xué)院除了四管外，還有三管和單管動(dòng)態(tài)RAM單元；動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元利用MOS管的柵極電容來存儲(chǔ)信息；由于柵極電容的容量很小，而漏電流又不可能絕對等于0，所以電荷保存的時(shí)間

17、有限；為了避免存儲(chǔ)信息的丟失，必須定時(shí)地給電容補(bǔ)充漏掉的電荷，即需要“刷新”或“再生”，因此DRAM內(nèi)部要有刷新控制電路，其操作也比靜態(tài)RAM復(fù)雜，需要刷新控制電路；由于DRAM存儲(chǔ)單元所用元件少，集成度高，功耗低，目前已成為大容量RAM的主流產(chǎn)品。n RAM的存儲(chǔ)單元數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-735北航 電子信息工程學(xué)院 位（字長）擴(kuò)展 n RAM的容量擴(kuò)展8片1024（1K）1位RAM構(gòu)成的10248位RAM 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-736北航 電子信息工程學(xué)院 字?jǐn)U展 4片2568位RAM構(gòu)成的10248位RAM n RAM的容量擴(kuò)展數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-737北航 電

18、子信息工程學(xué)院 字?jǐn)U展 4片2568位RAM構(gòu)成的10248位RAM 器件編號地址范圍(等效十進(jìn)制數(shù))RAM(1)00011100 00000000 00 11111111 (0) (255)RAM(2)01101101 00000000 01 11111111 (256) (511)RAM(3)10110110 00000000 10 11111111 (512) (767)RAM(4)11111011 00000000 11 11111111 (768) (1023)各片RAM電路的地址分配0123456789AAAAAAAAAA89AA3210YYYYn RAM的容量擴(kuò)展數(shù)字電路與系統(tǒng)2

19、021-12-738北航 電子信息工程學(xué)院 位擴(kuò)展方法l地址線并聯(lián)l控制線并聯(lián)l數(shù)據(jù)線按高低位排列好n 存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展方法 字?jǐn)U展方法l原有地址線并聯(lián)l數(shù)據(jù)線并聯(lián)l讀/寫控制線并聯(lián)l片選信號接擴(kuò)展地址的譯碼信號數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-739北航 電子信息工程學(xué)院n 用作運(yùn)算電路 n 實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù) 7.3 存儲(chǔ)器的應(yīng)用數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-740北航 電子信息工程學(xué)院n 用作運(yùn)算電路 用ROM構(gòu)成y=x2運(yùn)算表電路，x取值范圍為 015正整數(shù)分析要求、設(shè)定變量 自變量x的取值范圍為015的正整數(shù)，對應(yīng)的4位二進(jìn)制正整數(shù)，用X=X3X2X1X0表示。根據(jù)y=x2的運(yùn)算關(guān)系，可

20、求出y的最大值是152225，可以用8位二進(jìn)制數(shù)Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。列真值表7.3 存儲(chǔ)器的應(yīng)用數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-741北航 電子信息工程學(xué)院 用ROM構(gòu)成y=x2運(yùn)算電路，x取值范圍為 015正整數(shù) n 用作運(yùn)算電路 Y7=m12+m13+m14+m15 Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15 Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15 Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12 Y3=m3+m5+m11+m13 Y2=m2+m6+m10+m14 Y1=0 Y0= m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15 X3 X2 X1 X0

21、 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 N10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 9 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 16 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 25 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 36 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 49 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 64 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 81 1 0 1

22、 0 0 1 1 0 0 1 0 0 100 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 121 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 144 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 169 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 196 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 225 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-742北航 電子信息工程學(xué)院畫出ROM存儲(chǔ)矩陣連接圖 DDDDDDDDAAAABBBB168位ROM輸YYYYYYYY000011122233344556677312出輸入xy 用ROM構(gòu)成y=x2運(yùn)算電路，x取值范圍為 015正整數(shù) n 用作

23、運(yùn)算電路B13B12B11B10m0W0)()(11mWW23WW4W56WW78W9WW10W11W12W1314WW15或或門門陣陣列列陣陣矩矩取取存存（）址址 門門（碼碼）地地陣陣器器列列與與譯譯Y76YY5Y4Y3Y2Y10Y為做圖方便，我們將ROM矩陣中的二極管用節(jié)點(diǎn)表示。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-743北航 電子信息工程學(xué)院 ROM電路的特點(diǎn) n 實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)與與門陣列實(shí)現(xiàn)對輸入變量的譯碼，產(chǎn)生變量的全部最小項(xiàng)或或門陣列完成有關(guān)最小項(xiàng)的或或運(yùn)算 用ROM實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)一般按以下步驟進(jìn)行：寫出邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式根據(jù)邏輯函數(shù)的輸入、輸出變量數(shù)目，確定ROM的容量， 選擇合適的ROM ，畫出ROM的陣列圖根據(jù)陣列圖對ROM進(jìn)行編程7.3 存儲(chǔ)器的應(yīng)用數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-744北航 電子信息工程學(xué)院），（），（），（），（1514131171512963015141110761514985432