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时间:2019-10-08
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1、第6章半导体存储器和可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD结构与特点。随机存取存储器RAM和只读存储器ROM的结构、工作原理及存储器容量扩展的方法。本章内容:引言1、存储器是数字系统和计算机中重要的组成部分,其功能是存放数据、指令等信息。2、存储器的分类:3、存储器的性能指标主要有存储容量和存取时间。存取时间:指访问一次存储器所需要的时间。存储容量:指在一个存储器中可以容纳的存储单元总数,表示的是存储空间的大小,单位为字数,字节数。存储器的容量=字数n×字长(位数)m。存储器的字数通常采用K、M或G为单位,其中1K=210=1024B,1M=220
2、=1024K,1G=230=1024M。6.1.随机存取存储器MOS型RAM,功耗小,集成度高,成本低,但速度比双极型RAM低。随机存取存储器简称RAM(RandomAccessMemory)也叫做读/写存储器。它可以在任意时刻,对任意选中的存储单元进行信息的存入或读出。根据制造工艺的不同,RAM可分为:双极型RAMMOS型RAM双极型RAM,工作速度高,但成本高,功耗大,集成度低,主要用作高速小容量存储器。MOS型RAM又可进一步分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种,相比之下DRAM的集成度更高。MOS型RAM适宜于构造大容
3、量存储器。RAM的优点:是读写方便,使用灵活。RAM的缺点:一旦断电,所存储的信息便会丢失6.1.1.RAM的基本结构图6-2RAM结构示意图存储器的结构由地址译码器、存储矩阵、输出通路及输入输出控制电路等部分组成。1.存储矩阵存储矩阵是存储器的主体,由若干个存储单元组成。每个存储单元可存放一位二进制信息。为了存取方便,通常将这些存储单元设计成矩阵形式。例如:一个容量为256×4(256个字,每个字4位)的存储器,共有1024个存储单元,这些单元可排成如图所示的32行×32列的矩阵。图6-3RAM存储矩阵2.地址译码器为了区别不同的字,将存放同
4、一个字的存储单元编为一组,并赋予1个号码,称为地址。不同的字单元具有不同的地址,从而在进行读写操作时,可以按地址选择要访问的存储单元。存储器中的地址译码器通常采用双译码结构。即将输入地址分为行地址和列地址两部分,分别由行、列地址译码电路译码。地址单元的个数N与二进制地址码的位数n满足关系式N=2n3.读/写与片选控制数字系统中的RAM一般由多片组成,而系统每次读写时,只选中其中的一片(或几片)进行读写,因此在每片RAM上均加有片选信号线。只有该信号有效时,RAM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
5、写操作由读写信号控制。图6-4所示的是RAM的片选与读写控制电路。图6-4片选与读写控制电路6.1.2.RAM的存储单元1.静态存储单元存储单元是存储器的核心部分,由于RAM分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两类,相应的RAM也被分为静态RAM(SRAM)和动态存RAM(DRAM)两类。图6-5六管静态存储单元图6-5是六管CMOS静态存储单元的典型电路。2.动态存储单元图6-6单管动态MOS存储单元动态RAM存储单元是利用MOS管栅极电容具有暂时存储信息的作用来存储信息。6.1.3.RAM的操作为保证存储器准确无误地工作,加到
6、存储器上的地址、数据和控制信号必须遵守几个时间边界条件。对RAM的操作有两种:读和写读是将存储器中的数据取出;写是向存储器存入数据图6-7RAM读操作时序图图6-8RAM写操作时序图6.1.4.典型RAM的芯片简介常用的RAM芯片有:6116(2KB*8位),6264(8KB*8位),62128(16KB*8位),2164(64KB*8位)是输出使能端是写入控制端是片选端D0~D7是数据输出端图6-9所示是2K×8位静态RAMInte6116的引脚排列图6116可存储的字数为211=2048(2K)字长为8位,其容量为2048字×8位/字=16
7、384位.A0~A10地址码输入端图6-9静态RAM6116引脚排列图6116有三种工作方式:(1)写入方式:当时,数据线D0~D7上的内容存入A0~A10相应的单元。(2)读出方式:当时,A0~A10相应单元的内容输出到数据线D0~D7。(3)低功耗维持方式:当=1时,芯片进入低功耗维持方式,此时器件电流仅20μA左右,为系统断电时用电池保持RAM内容提供了可能性。6.2只读存储器只读存储器其特点是在数据存入后,只能读出其中存储单元的信息,但不能写入,断电后不丢失存储内容,故称只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)按照数据写入方式特
8、点不同,ROM可分为固定ROM,可编程ROM(PROM),光可擦除可编程ROM(EPROM),电可擦除可编程ROM(E2PROM),快闪存储器(Fla
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