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1、回顾,同步时序逻辑电路设计 逻辑状态描述：直接构图法，原始状态表/图 状态化简：隐含表，合并等价状态，最简状态表/ 状态图 状态分配：二进制相邻法编码，状态转移表 建立逻辑表达式：激励方程，输出方程 逻辑图,第四章 存储逻辑,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,第四章 存储逻辑,-寄存器堆,寄存器：由n个触发器/锁存器按照并行方式输入/并行方式输出连接而成。 寄存器堆：m个集中使用的寄存器。 可以看做容量极小的存储器。,单端口寄存器堆的逻辑结构,双端口寄存
2、器堆,注意：写入控制只能用B地址来实现。,-寄存器队列,寄存器队列是以先进先出（ FIFO，First In First Out ）方式，用若干个寄存器构建的小型存储部件。 寄存器队列可在流水计算机（Pipeline）系统中应用，是时间并行技术的重要功能部件。 可用于串行-并行、并行-串行的转换。,寄存器队列的逻辑结构,-寄存器堆栈,寄存器堆栈是以后进先出（ LIFO ，last in first out）方式用若干个寄存器构建的小型存储部件。 应用场合：中断。 操作： 进栈（ Push）、出栈（ Pop）。,寄存器堆栈的逻辑结构,第四章 存储逻辑,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储
3、器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,能存储大量二值信息的器件存储器 指标： 存储容量：字数位数，容量越大，存储的信息越多，功能越强； 存储时间：工作速度 半导体存储器：RAM和ROM,随机读写存储器,随机读写存储器,随机读写存储器RAM(Random Access Memory),计算机的重要记忆部件，存放数据或指令。,RAM按采用存储单元工作原理可分为静态、 动态两类,RAM按所用器件可分为双极型和MOS型两种,读写方便，使用灵活，但断电后RAM中的信息 会丢失，是易失型存储器。,RAM的逻辑结构,由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路组成。,RAM的逻辑结构,存储矩阵：若干排成阵列形
4、式的存储元（每个存储元能存储一个比特）。 存储单元：由一组有序排列的存储元组成，存储的基本单位。 重点：只能对一个存储单元进行读写操作。不能对一个存储元进行读写操作。,地址译码方法,单译码： 每个存储元有1条字选择线 同一行中所有存储元的字线都连接在一起 每次读/写时，选中一个字的所有存储元 双译码： 每个存储元有2条字选择线 需要RAS(行地址)和CAS(列地址)两个地址译码器 双译码容易构成大容量存储器。目前使用的RAM和EPROM，都使用双译码形式,(1) 单译码结构,单译码结构,168个存储元 字长8位 存储单元16个 每次读/写时选中8位。 每个存储元有一条字选择线，每一行中的所有存
5、储元的字线连接在一起。 缺点：容量不可能做得很大。,0,0,(2) 双译码结构,SRAM基本电路：触发器作为存储元,A 触发器非端,A 触发器原端,T1 T4, SRAM 基本电路的读操作, SRAM 基本电路的写操作,32K8位SRAM芯片逻辑图,双向端口的设计,输入/输出缓冲互锁,SRAM存储器的控制信号,CS =0 ：芯片被选中，可以进行读写操作 WE =0 ：执行存储单元写操作，输入缓冲器被打开，输出缓冲器被关闭（两者互锁） WE =1 ：执行存储单元读操作，输入缓冲器被关闭，输出缓冲器被打开,SRAM图片,DRAM写1：电容器作为存储元,DRAM写0,DRAM读1,DRAM刷新,1M
6、1位DRAM存储器框图,比SRAM增加了刷新计数器和刷新控制电路,32,DRAM图片,小结,RAM有三组外部信号：地址线、数据线、控制线 存储容量=MN(存储单元数位数) 地址线的根数：K，M=2K 数据线的根数：N SRAM特点： (1)长期保存数据 (2)非破坏性读出,DRAM特点：,(1)基于MOS管电容的电荷存储效应存储信息 ； (2)再生或刷新：由于漏电流的存在，电容上存储的信息不能长久保持，因而必须定期给电容补充电荷，以避免存储的信息丢失； (3)破坏性读出，需要在每次读“1”操作后进行重写。,小结,DRAM 和SRAM,存储原理,集成度,芯片引脚,功耗,价格,速度,刷新,第四章
7、存储逻辑,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,只读存储器,ROM (Read Only Memory),通常ROM是一种只能读，不能写入的存储器，最大优点是其存储的信息不易失性。,根据其编程方法不同，ROM可分为：,1. 掩模式只读存储器,2. 一次编程的只读存储器(PROM),3. 多次编程的只读存储器(EPROM、E2PROM),掩模式ROM,行选线与MOS管栅极连接，MOS管导通，列线上为高电平，存1。 行选线与MOS管栅极不连接，MOS管截止，存0。,掩模式ROM,6,7,ROM逻辑符号,EPROM光擦除可编程ROM,浮栅雪崩注入型M
8、OS管(FAMOS)； 两个栅极：G1栅浮栅(无引出线)，G2栅控制栅；,EPROM,漏极D加上几十伏脉冲电压时，使沟道中电场增强，造成雪崩，产生很多高能电子。此时若在G2栅加正电压，可使沟道中的电子穿过氧化层注入到G1栅，使G1栅变负。由于G1栅被绝缘的氧化层包围，泄露电流很小，一旦电子注入到G1栅就能长期保存。,存储0：G1栅有电子积累(变负)时，MOS管开启电压很高，G2栅加高电平后MOS管仍截止，相当于存0。 存储1：G1栅无电子积累时，MOS管开启电压很低，G2栅加高电平后MOS管导通，相当于存1。,EPROM,EPROM,小结 光擦除电写入(擦除器中全部擦除，编程器 中写入)； 可
9、重复写入上百次； 程序存储器：执行的程序在器件中编程。,EEPROM(电擦除可编程ROM),E2PROM 存储元记忆原理 浮栅隧道氧化层MOS管(FLOTOX)； 两个栅极：G1控制栅，是一个浮栅(无引出线)，G2是抹去栅，它有引出线 ； G1栅和漏极D之间有一个小面积的氧化层(隧道区)，其厚度极薄，可产生隧道效应。,小结 电擦除电写入(擦除时按位或字擦除，写入时间较长：几个ms)； 可重复写入10万次； 数据存储器。,第四章 存储逻辑,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,施敏和FLASH,施敏，Bell Lab/Stanford，撰写的经典
10、教材半导体器件物理，被论文引用的次数约15000次 (ISI统计)。 已被诺贝尔奖三次提名。 美国工程院、中国大陆工程院和中国台湾工程院三院院士。 曾获得IEEE电子器件的最高荣誉奖（Ebers奖） 非挥发性半导体内存(Flash)发明者和手机发明人之一。,施敏院士,世界上引用率最高的教材,FLASH,闪速存储器是Intel公司90年代中期发明的一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器。,Flash存储原理,Flash的3种基本操作,编程操作(写操作)：只写0(控制栅上加正电压)，不写1。 读出操作：控制栅加上正电压 。 思考：编程操作和读出操作都是在控制栅上加正电压，二者的区别？ 擦除操作：
11、源极S加上正电压，将浮空栅上的电荷全部释放出去。存储元全部为1状态。,编程操作（写操作）,只写0，不写1。给存储元的浮空栅补充电子。,读出操作,控制栅无法开 启MOS管，读0,控制栅开启 MOS管，读1,擦除操作,电擦除 源极S上加正电压 吸收浮空栅上的电子 存储元全部变成1 擦除与编程操作?,编程是给浮空栅补充电子，擦除是给浮空栅释放电子。,第四章 存储逻辑,特殊存储部件 随机读写存储器RAM 只读存储器ROM FLASH存储器 存储容量的扩充,字扩展：,需要2片,由2048字8位的存储芯片构成4096字8位的存储器。,由256字4位的存储芯片构成256字8位的存储器。,需要2片,位扩展：,
12、由2048字8位的存储芯片构成8192字16位的存储器。,分析：,(1)需要8192 16/2048 8=8片(分4组，每组2片),扩展连接：,(1)地址码高两位A12、A11经译码器输出作4组芯片的片选控制信号(字扩展)，每组由2个芯片的8位数据组成16位(位扩展)。,字位同时扩展：,小练习,例1：有2564位芯片，问地址线多少位，数据线多少位？ 地址线：由于2X=256字，故X=8位 数据线：4位 例2：使用2564位芯片组成10244位存储器，问需要多少芯片? 字扩展：10244/2564= 4片 例3：使用2564位芯片组成25616位存储器，问需要多少芯片? 位扩展：25616/2564= 4片 例4：使用2564位芯片组成204832位存储器，问需要多少芯片? 需要字位同时扩展：字由256字扩展成2048字，位由4位扩展到32位，204832/2564= 64片(分8组，每组8片),
