1、8.1 存储器基本知识存储器基本知识8.3 可编程逻辑器件可编程逻辑器件第第8章章 存储器存储器 8.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）存储器是用来存放程序和数据的，也是构成计算机系统中记存储器是用来存放程序和数据的，也是构成计算机系统中记忆设备的电子电路。今后必有更多更新的存储器技术不断涌现。忆设备的电子电路。今后必有更多更新的存储器技术不断涌现。尽快掌握存储器技术，是现代工程技术人员的必需。要求：尽快掌握存储器技术，是现代工程技术人员的必需。要求：各类存储器的特点和应用场合，其各类存储器的特点和应用场合，其技术指标对存储器性能的影响技术指标对存储器性能的影响半导体存储器的逻辑功能
2、及使用方法半导体存储器的逻辑功能及使用方法可编程逻辑器件的逻辑功能及用途可编程逻辑器件的逻辑功能及用途半导体存储器的结构原理，可编程半导体存储器的结构原理，可编程逻辑器件的类型、原理及编程方式逻辑器件的类型、原理及编程方式存储器是计算机硬件系统的重要组成部分，计算机中的数据、程序、指令以及运算的中间数据和最后结果都要存放在存储器中。有了存储器，计算机才具有记忆功能，才能把程序及数据的代码保存起来，才能使计算机的数字系统脱离人的干预，而自动完成信息处理的功能。计算机对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。因此，存储器系统的三项主要性能指标是容量、速度和成本。存储容量越大，系统能存储容量是存储器系
3、统够保存的信息量就越多，计算机系统的功能就越强；存储器的存取速度直接决定了整个微机系统的运行速度；存储器成本也是存储器系统的重要性能指标。实用中，一个存储器同时要求兼顾这三方面很困难。目前在计算机系统中，通常采用主存储器、高速缓冲存储器、外存储器三者构成的统一多级存储系统。高速缓冲存储器设置在CPU和主存储器之间，完成高速与CPU交换信息，尽量避免CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。硬盘光盘U盘存储器按构成的器件和存储介质主要可存储器按构成的器件和存储介质主要可分为：磁芯存储器、半导体存储器、光分为：磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表
4、面存电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。按存取方式分储器以及光盘存储器等。按存取方式分类又可分为类又可分为随机存取存储器随机存取存储器、只读存储只读存储器器两种形式。两种形式。ROM中的程序和数据是事先存入的，计算机与使用者只能读取和保存ROM中的程序，不能变更或存入资料。ROM被储存在一个非挥发性芯片上，即使关机之后储存的内容仍然被保存，即事先存入的信息不会因为掉电而丢失。因此，ROM常用来存放计算机系统程序、监控程序、基本输入、输出程序等特定功能的程序。RAM的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。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
5、部存储器交换的信息。RAM在发生掉电时，没有及时保存的数据就会丢失。RAM帮助中央处理器CPU工作，从键盘或鼠标之类的来源读取指令，帮助CPU把资料写到一样可读可写的辅助内存中，以便日后仍可取用。RAM还能主动把资料送到输出装置。硬盘存储容量大、存取速度快，硬盘中的每个盘片可划分成若干个磁道和扇区，并分别用盘符C、D、E等表示。光盘结构原理简单、存储信息容量大，十分方便于大量生产，且价格低廉。利用激光头发射的激光束可读取光盘上的信息。U盘轻便小巧，便于携带，不需要驱动器。使用U盘只需用一个USB接口，就可以十分方便地做到文件共享与交流，具有很好地发展前景。存储器中可容纳的二进制信息量称为计算机
6、的存储容量。二进制数的最基本单位是“”，8位二进制数称为一个“”，存储容量的大小通常都是用字节来表示的。1KB=1024字节字节 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB232=4294967296B字节 =4194304KB =4096MB =4GB计算机地址总线为32根，则其最大寻址空间为：计算机的容量越大，信息量也越大，存取速度也就越快。计算机内存的最大容量由系统地址总线决定，半导体存储器属于大规模集成电路，集成度高，体积小，因此散热不容易。在保证速度的前提下，应尽量减小功耗。可靠性是指存储器对电磁场、温度变化等因素造成干扰的抵抗能力，通常也称为电磁兼容性。存储器
7、由若干存储器芯片组成。存储器芯片的集成度越高，构成相同容量的存储器芯片数就越少。半导体存储器的集成度是指在一块数平方毫米芯片上所制作的基本存储单元数，常以“位片”表示，也可以用“字节片”表示。思考与问题132目前使用的半导体存储器，主要类型是什么？按其存储信息的功能又可分为哪两大类。存储器内存的最大容量是由什么来决定的？多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的？每一级存储器使用什么类型的存储介质？4何谓计算机的存储容量？存储容量的大小通常用什么来表示？2022-7-28Sikaoyuwenti随机存取存储器RAM是与CPU直接交换数据的主存，也称为内存。RAM通常作为操作系统或其他正在运行中的程
8、序的临时数据存储媒介。RAM可以随时读写，而且速度很快。在系统工作时，可以随机对各个存储单元进行“读”操作和“写”操作。由于RAM的存储单元是触发器构成的，所以掉电时RAM中存放的数据将全部丢失。存储矩阵的容量由地址码的位数N和字长的位数M决定。当一个存储矩阵的地址数为N，每个字长所包含的位数是M时，存储矩阵的容量=NM。地址译码器的作用就是用来接受CPU送来的地址信号，并对地址信号进行译码，选择与地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读写操作。访问RAM时，对被选中的寄存器，究竟是读还是写，通过读/写控制电路进行控制。RAM的读/写控制线通常高电平时为读；低电平时为写。由于受RAM集成度的
9、控制，一台计算机的存储器系统往往是由许多片RAM组合而成。CPU访问存储器时一次只能访问一片，其他片RAM不能同时访问CPU，片选用来实现这种控制作用。数据输入/输出共用相同的I/O引脚。读操作时I/O端子作输出端使用；写操作时I/O端子作输入端使用。RAM通过I/O端子与计算机的CPU交换数据。I/O端子数与地址中所对应的寄存器位数相同。VT1QQVDD位线位线位线位线行选择线行选择线VT2VT3VT4VT6VT5当行选择线为高电平时，当行选择线为低电平时，动态RAM存储单元DRAM特点：存储的信息不能长时间保留，需要不断地刷新。字选线字选线数据线数据线当存储单元未被选中时：当存储单元被选中
10、时：读读/写操作写操作6116管脚排列图集成RAM6116功能表CSWROEA0A10D0D7工作方式工作方式1高阻态高阻态低功耗维持低功耗维持010稳定稳定输出输出读读00稳定稳定输入输入写写表中所示是集成RAM芯片6116的工作方式与控制信号之间的关系，读出和写入线是分开的，而且写入优先。RAM的容量由地址码的位数n和字的位数m共同决定。因此常用的容量扩展法有、和三种形式。将几个RAM的地址码、读写控制端都对应地并联在一起，各位芯片的I/O端串联构成输出，位数即得到扩展。地址码A0A9I/O 16 片片1片片16片片2I/O 2I/O 1A0A9A10片片1片片2I/O 14CSCS利用两
11、片1024字4位的RAM器件可构成2048字4位的RAM。A10A11A12A0A9R/WY0Y7I/00I/01I/02I/03思考与问题132何谓存储器？其特点是什么？按工作方式的不同，RAM可分为几种类型的存储单元？各具何特点？存储器的容量由什么来决定？4如何扩展RAM的位线和字线？2022-7-28Sikaoyuwenti可编程逻辑器件可编程逻辑器件 英文全称为：英文全称为：programmable logic device 即即 PLD。PLD是做为一种通用集成电路产生的，是做为一种通用集成电路产生的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来确他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。一般的定。
12、一般的PLD的集成度很高，足以满的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。足设计一般的数字系统的需要。只读存储器ROM正常工作时可重复读取所存储的信息代码，但是不能改写存储的信息代码。ROM中存储的数据能够永久保持，不会因断电而消失。只读存储器ROM的器件按制造工艺可分为二极管、双极型和MOS型三种；按存储内容存入方式的不同可分为固定和可编程两种。A0An1为地址寄存器的n根输入线，按二进制代码进行编码，称为地址码。地址译码器的功能是根据输入的地址代码，从n条地址线中选择一条字线，以确定与该字母地址相对应的一组存储单元的位置。通过地址译码器译出相应地址码的字线为W0Wm-1共计m根，字线
13、的下标对应地址译码器输出的十进制数，字线与地址码的关系是m=2n。存储矩阵：是ROM的核心部件和主体，内部含有大量的存储单元电路。存储矩阵中的数据和指令都是用一定位数的二进制数表示的。存储器中存储1位二值代码（0或1）的点称为存储单元，存储器中总存储单元数即为ROM的存储容量。读写/控制电路：也称为输出缓冲器，是为了增加ROM的带负载能力，同时提供三态控制，将被选中的M位数据输出至位上，以便和系统的总线相连。只读存储器ROM存入数据的过程称为“”。早期制造的ROM存储单元是利用其内部熔丝是否被烧断或内部二极管是否永久击穿来写入数据的。字线位线位线写“”：烧断熔丝写“”：不烧断熔丝一次性编程一次
14、性编程字线位线出厂时全部写“”写“”：二极管永久击穿只能写入一次，使其应用受到很大限制。与门阵列及其地址码输入端。或门阵列及其输出缓冲端。四条字线四条位线W0A1A0W1A1A0W2A1A0W3A1A0D0W0W2D1W1W2W3D2W0W2W3D3W1W3 ROM中信息存储的是0还是1通常设计和制造时就确定好了。A1A0D3D2D1D0001110010111101010110101从存储器角度看，A1、A0是地址码，D3D2D1D0是数据。地址编号00中存放的数据是1110；地址编号01中存放的数据是0111；地址编号10中存放的是1010；地址编号11中存放的是0101。从函数发生器角度
15、看，A1A0是两个输入变量，D3D2D1D0是4个输出函数。当变量A1A0取值为00时，函数D3D2D1D01110；当变量A1A0取值01时，函数D3D2D1D00111；当变量。A1A0D3D2D1D0001110010111101010110101从译码编码角度看，“与”门阵列先对输入的二进制代码A1A0进行译码，得到4个输出信号W0、W1、W2、W3，再由“或”门阵列对W0W34个信号进行编码，得到相应地址编号存入存储单元中。其中W0的编码是0101；W1的编码是1010；W2的编码是0111；W3的编码是1110。A1A0D3D2D1D000111001011110101011010
16、1从译码编码角度看，“与”门阵列先对输入的二进制代码A1A0进行译码，得到4个输出信号W0、W1、W2、W3，再由“或”门阵列对W0W34个信号进行编码，得到相应地址编号存入存储单元中。其中W0的编码是0101；W1的编码是1010；W2的编码是0111；W3的编码是1110。3.3.简化简化的的ROM矩阵阵列图矩阵阵列图画简化图时，一般把接有二极管存储单元的点用“”或“”表示。其中“”表示固定连接，“”表示逻辑连接，没有固定连接和逻辑连接处通常认为是逻辑断开。固定ROM也称掩膜ROM，掩膜ROM是由生产厂家采用掩模工艺专门为用户制作出的一种固定ROM，因此在出厂时内部存储的数据就已经“固化”
17、在存储器中，用户无法改变所存储的数据。掩模固定存储器ROM电路结构简单，性能可靠，集成度很高，成本低，一般都是批量生产。与阵列D2D1D0A2A0A1或阵列在开发数字新产品的过程中，设计人员往往需要按照自己的构思迅速得到存有所需内容的ROM，采取现场编程。这种现场编程的ROM被称为PROM。PROM的结构组成如图所示。目前使用的光可擦除可编程的EPROM可多次写入，其存储单元是在MOS管中置入浮置栅的方法实现的。浮置栅浮置栅EPMOS管写入数据后，带电荷的浮置栅使EPMOS管的源极和漏极之间导通，当字线选中某一存储单元时，该单元位线即为低电平；若浮置栅中无电荷即未写入时，浮置栅EPMOS管截止
18、，相应位线为高电平。当改写存储单元中的内容时，要用紫外线或X射线照射擦除，使浮置栅上注入的电荷形成光电流泄漏掉，EPROM可恢复原来未写入时的状态，因此又可重新写入新信息。27系列EPROM是美国Intel公司研制的，型号有2716、27512等。EPROM采用紫外线照射来改写数据，时间大约需要30 min，所需时间较长。字线浮置栅MOS管位线UDD可编程逻辑器件PLD是用户自行定义编程的一类通用型逻辑器件的总称。PLD通常由输入缓冲、与阵列、或阵列、输出缓冲四个环节构成。典型可编程逻辑器件PLD由一个与门阵列和一个或门阵列组成。由于任意一个组合逻辑都可以用与一或表达式进行描述，因此PLD能完
19、成各种数字逻辑功能。典型可编程逻辑器件PLD的特点是：与阵列（即地址译码器）不可编程，或阵列（即存储矩阵）可编程。可编程逻辑阵列PLA是在PROM基础上发展起来的一种新型的可编程逻辑器件，PLA的主要特点有：PLA有一个与阵列构成的地址译码器，是一个非完全译码器；PLA中存储信息是经过化简、压缩后装入的；PLA中的与阵列和或阵列都可编程。DC+DCGCB+CB=GBA+BAGAG3210=G0G1G2G3与阵列AABBCCDD或阵列PLA中，与阵列编程产生变量最少的与项，或阵列编程完成相应最简与项之间的或运算并产生输出。节省了与项线数，提高了芯片面积有效利用率。G0G1G2G3与阵列AABBC
20、CDD或阵列AABBCCDD与阵列或阵列G0G1G2G3可编程逻辑阵列PLA实际上是只读存储器ROM的变种，属于一种特殊的ROM，它可用较少的存储单元就能存储大量的信息，并且PLA的存储单元体和地址译码器都是用户可编程的。A0A1F0F1PAL存储矩阵的常用表示方法PAL结构示意图PAL编程是按进行的，下图所示为实现“”函数的熔丝图，图中“”表示熔丝保留，而无“”的交点表示熔丝烧断。ABABBA由于PAL采用双极型熔丝工艺，工作速度较高，但由于与阵列的“”工艺，因此只能进行一次编程，而且需要在专门的编程器上进行编程，所以其应用仍受到限制。GAL内部原理图（局部）内部原理图（局部）GAL器件是从
21、PAL发展过来的，GAL的特点是：与阵列可编程，或阵列固定。GAL16V8有3种工作模式：简单型工作模式：GAL内无反馈通路；复杂型工作模式：GAL内存在反馈通路；寄存器型工作模式：至少有一个OLMC工作在寄存器输出模式。集成的GAL16V8芯片由8根输入及8根输出各引出两根互补的输出构成32列，即与项的变量个数为16。思考与问题1234目前使用的EPROM，其存储单元是用什么方法实现的？Sikaoyuwenti2022-7-28可编程的含义是什么？有哪几种编程方式？可编程逻辑器件有哪几种类型？指出它们各自的特点。试述ROM中的地址译码器阵列和存储编码阵列的不同之处。4为实现时序逻辑电路的功能，PAL又设计制造哪些环节？使PAL的功能大大增加？认真复习，加强练习，认真复习，加强练习，巩固成果，学以致用！巩固成果，学以致用！
