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电工电子技术教学课件 ppt 作者刘述民第12章存储器及可编程逻辑器件

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1、存储器及可编程逻辑器件,第12章,12.1 存储器概述 12.2 随机存储器RAM 12.3 只读存储器ROM,存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。它是用来存储程序和数据的部件，有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。,12.1 存储器概述,12.1.1 存储器的定义和构成,图12-1 外存储器,12.1.2 存储器的分类,1按存储介质分半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。 2按存储方式分随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置

2、有关。,3按存储器的读写功能分只读存储器（ROM）：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。随机读写存储器（RAM）：既能读出又能写入的半导体存储器。 4按信息的可保存性分非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器。永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。 5按存储器用途分根据存储器在计算机系统中所起的作用，可分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。,1产品技术发展趋势：（1）ROM中的信息只能被读出，而不能被操作者修改或删除，故一般用于存放固定的程序，如监控程序、汇编程序等，以及存放各种表格。（2）RAM主要用来存放各种现场的输入、输出数据，中间计算结果，以及与外部存储器交换信息和作堆栈用。 2产品市场发展趋势：（1）FLASH的应用越来越广泛（2）基于FLASH的移动存储器逐渐取代软盘（3）DDRSDRAM将逐步取代RDRAM成为市场主流。,12.1.3 存储器发展趋势,12.2.1 静态随机存储器（SRAM） 1基本结构,图12-2 SRAM的基本结构,12.2 随机存储器RAM,2SRAM的静态存储单元,图12-3

3、SRAM存储单元,12.2.2 动态随机存储器（DRAM）,图12-4 动态MOS存储单元,12.2.3 存储器容量的扩展,1位扩展存储器芯片的字长多数为一位、四位、八位等。当实际的存储系统的字长超过存储器芯片的字长时，需要进行位扩展。,图12-5 RAM的位扩展连接法,字数的扩展可以利用外加译码器控制芯片的片选（,）输入端来实现。,图12-6 RAM的字扩展,2字扩展,ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。,图12-7 ROM的基本结构图12-8 二极管ROM结构图,12.3 只读存储器（ROM）,12.3.1 ROM的结构,表12-1 图12-8 ROM的数据表,从存储器的角度看，只要将逻辑函数的真值表事先存入ROM，便可用ROM实现该函数。例如，在表12-1的ROM数据表中，如果将输入地址A1、A0看成两个输入逻辑变量，而将数据输出D3、D2、D1、D0看成一组输出逻辑变量，则D3、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数，表12-1就是这一组输出组合逻辑函数的真值表，因此该ROM可以实现表12-1中的4个函数（D3、D2、D1、D0），其表达式为

4、,12.3.2 ROM在组合逻辑设计中的方法,从组合逻辑结构来看，ROM中的地址译码器形成了输入变量的所有最小项，即每一条字线对应输入地址变量的一个最小项，ROM的陈列框图如图12-9所示。在图12-10中，因此式（12-1）又可以写为：,、,、,、,图12-9 ROM的阵列框图图12-10 图12-9ROM的阵列图,用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：根据逻辑函数的输入、输出变量数目，确定ROM的容量，选择合适的ROM。写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM的阵列图。根据阵列图对ROM进行编程。,12.3.3 ROM的编程及分类,根据编程和擦除的方法不同，ROM可分为: 掩模ROM、可编程ROM（PROM）和可擦除的可编程ROM（EPROM）3种类型。,1掩模ROM 掩模ROM中存放的信息是由生产厂家采用掩模工艺专门为用户制作的，这种ROM出厂时其内部存储的信息就已经“固化”在里边了，所以也称固定ROM。它在使用时只能读出，不能写入，因此通常只用来存放固定数据、固定程序和函数表等。,PROM在出厂时，存储的内容为全0（或全1），用户根据需要，可将某些单元改写为1（或0）。这种ROM采用熔丝或PN结击穿的方法编程，由于熔丝烧断或PN结击穿后不能再恢复，因此PROM只能改写一次。,图12-11 熔丝型PROM的存储单元图12-12 PN结击穿法PROM的存储单元,2可编程ROM（PROM）,这类ROM利用特殊结构的浮栅MOS管进行编程，ROM中存储的数据可以进行多次擦除和改写。,图12-13 SIMOS管的结构和符号, EPROM的存储单元采用: 浮栅雪崩注入MOS管（简称FAMOS管）或叠栅注入MOS管（简称SIMOS管）。,3可擦除的可编程ROM（EPROM）, E2PROM的存储单元如图12-14所示，图中V2是选通管，V1是另一种叠栅MOS管，称为浮栅隧道氧化层MOS管（简称Flotox），其结构如图12-15所示。,图12-14 E2PROM的存储单元图12-15 Flotox管的结构和符号, 快闪存储器（FlashMemory）是新一代电信号擦除的可编程ROM。它既吸收了EPROM结构简单、编程可靠的优点，又保留了E2PROM用隧道效应擦除快捷的特性，而且集成度可以做得很高。,图12-16 快闪存储器,

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