1數(shù)字邏輯與字系統(tǒng)課程題目：24.1特殊存儲(chǔ)部件4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM4.3只讀存儲(chǔ)部器ROM4.4FLASH存儲(chǔ)器第4章存儲(chǔ)邏輯3第4章存儲(chǔ)邏輯

存儲(chǔ)器是一種記憶部件，是用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式。

存儲(chǔ)器由記憶單元組成，記憶單元是一種具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件，可用來(lái)表示二進(jìn)制的0和1，這種物理器件一般由半導(dǎo)體器件或磁性材料等構(gòu)成存儲(chǔ)邏輯是時(shí)序邏輯和組合邏輯相結(jié)合的產(chǎn)物。是構(gòu)成可編程邏輯器件的基礎(chǔ)4第4章存儲(chǔ)邏輯4.1特殊存儲(chǔ)部件特殊存儲(chǔ)部件：寄存器堆、寄存器隊(duì)列、寄存器堆棧是由寄存器組成。4.1.1寄存器堆一個(gè)寄存器是由n個(gè)觸發(fā)器或鎖存器按并行方式輸入且并行方式輸出構(gòu)成。

寄存器堆是集中使用的寄存器組邏輯結(jié)構(gòu)。5第4章存儲(chǔ)邏輯4.1特殊存儲(chǔ)部件4.1.1寄存器堆寄存器堆是集中使用的寄存器組邏輯結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)圖原理示意圖多路開(kāi)關(guān)多路分配器6第4章存儲(chǔ)邏輯4.1特殊存儲(chǔ)部件4.1.1寄存器堆雙端口寄存器堆及其應(yīng)用

邏輯結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)單運(yùn)算器7第4章存儲(chǔ)邏輯4.1特殊存儲(chǔ)部件4.1.2寄存器隊(duì)列寄存器隊(duì)列是以FIFO（先進(jìn)先出）方式用若干個(gè)寄存器構(gòu)建的小型存儲(chǔ)部件。寄存器隊(duì)列邏輯結(jié)構(gòu)圖寄存器隊(duì)列可在流水計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用，是時(shí)間并行技術(shù)的重要功能部件。84.1特殊存儲(chǔ)部件4.1.3寄存器堆棧寄存器堆棧是以LIFO（后進(jìn)先出）方式用若干個(gè)寄存器構(gòu)建的小型存儲(chǔ)部件。

寄存器堆棧邏輯結(jié)構(gòu)圖演示出棧的數(shù)據(jù)是最近進(jìn)入的數(shù)據(jù)。

寄存器堆棧的容量是有限的，當(dāng)數(shù)據(jù)壓入堆棧的個(gè)數(shù)超過(guò)堆棧容量（即棧底地址），堆棧發(fā)生溢出（保存的數(shù)據(jù)遭到破壞）9第4章存儲(chǔ)邏輯4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

寄存器堆等特殊存儲(chǔ)部件只存放有限的幾個(gè)數(shù)據(jù)，半導(dǎo)體隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱RAM），可存放大量的數(shù)據(jù)。

從工藝上，RAM分為雙極型和MOS型兩類。

從機(jī)理上，RAM分為SRAM存儲(chǔ)器和DRAM存儲(chǔ)器兩類。

RAM屬于易失性存儲(chǔ)器（斷電后信息會(huì)丟失）。10第4章存儲(chǔ)邏輯4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.1RAM的邏輯結(jié)構(gòu)若干排成陣列形式的存儲(chǔ)元（每個(gè)存儲(chǔ)元能存儲(chǔ)一個(gè)比特bit）。陣列的行和列：如64×64bit。

存儲(chǔ)單元：由一組有序排列的存儲(chǔ)元組成，存儲(chǔ)的基本單位。

只能對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫操作。不能對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)元進(jìn)行讀寫操作。

存儲(chǔ)器的容量：由存儲(chǔ)元的總數(shù)目決定。11第4章存儲(chǔ)邏輯4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.1RAM的邏輯結(jié)構(gòu)地址譯碼器:對(duì)外部輸入的地址碼進(jìn)行譯碼讀寫控制電路：片選控制和輸入輸出緩沖器等。信號(hào)線：地址線（單向）、數(shù)據(jù)線是（雙向）、控制線（單向且讀、寫互斥）12第4章存儲(chǔ)邏輯4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.2地址譯碼方法存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)矩陣組織方式不同，可分為：

單譯碼結(jié)構(gòu)

雙譯碼結(jié)構(gòu)。134.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.2地址譯碼方法1.單譯碼結(jié)構(gòu)（也稱字結(jié)構(gòu)）單譯碼結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)矩陣演示每個(gè)存儲(chǔ)元只有一條選擇線（字線）單譯碼結(jié)構(gòu)：每次讀／寫時(shí)，選中一個(gè)字的所有存儲(chǔ)元，需要一個(gè)譯碼器144.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.2地址譯碼方法2.雙譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)矩陣演示每個(gè)存儲(chǔ)元有兩條選擇線。被選中的存儲(chǔ)元：行選線X和列選線Y有效時(shí)的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)元需要有X（行地址）和Y（列地址）兩個(gè)地址譯碼器

雙譯碼結(jié)構(gòu)容易構(gòu)成大容量存儲(chǔ)器。目前使用的RAM和EPROM，都使用雙譯碼形式154.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器SRAM1.靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元鎖存器構(gòu)成

SRAM存儲(chǔ)元演示164.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器SRAM2.靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

地址線數(shù)據(jù)線32K×8CS=0：芯片被選中，可以進(jìn)行讀／寫操作WE=0：執(zhí)行存儲(chǔ)單元寫操作，輸入緩沖器被打開(kāi)，輸出緩沖器被關(guān)閉（兩者互鎖）

WE=1：執(zhí)行存儲(chǔ)單元讀操作，輸入緩沖器被關(guān)閉，輸出緩沖器被打開(kāi)OE輸出使能OE=0：SRAM允許輸出數(shù)據(jù)174.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器DRAM1.動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元DRAM存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)元不使用鎖存器，而是用１個(gè)小電容器。

優(yōu)點(diǎn)：非常簡(jiǎn)單，集成度高，位成本較低。

缺點(diǎn)：超過(guò)一定周期，電容電荷泄漏而可能丟失所存信息。

措施：必須及時(shí)補(bǔ)充電荷，這種過(guò)程叫做刷新或再生184.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器DRAM1.動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元DRAM存儲(chǔ)元的基本原理演示194.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器DRAM2.動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)

204.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器DRAM3.靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器的讀、寫周期

214.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

4.2.3動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器DRAM3.靜態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器的讀、寫周期

22第4章存儲(chǔ)邏輯4.3只讀存儲(chǔ)器ROM只讀存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱ROM,它只能讀出不能寫入。ROM的最大優(yōu)點(diǎn)是具有不易失性，即使電源斷電，ROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，因而在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。ROM分為：掩模ROM和可編程ROM兩類，23第4章存儲(chǔ)邏輯4.3只讀存儲(chǔ)器ROM掩模式只讀存儲(chǔ)器（ROM）

這類ROM所存的數(shù)據(jù)，在芯片制造過(guò)程中就確定了，使用時(shí)只能讀出，不能改變。優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，集成度高。缺點(diǎn)是不能改寫。這種器件只能專用，用戶可向廠家定做?？删幊蘎OM又可以分為兩類：

一次編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）

PROM在產(chǎn)品出廠時(shí)，所有存儲(chǔ)元均置成全0或全1，用戶根據(jù)需要可自行將某些存儲(chǔ)元改為1或0。

多次改寫編程的只讀存儲(chǔ)器

這類ROM有EPROM，E2PROM。244.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM1.掩模ROM的陣列結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)元254.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM1.掩模ROM的陣列結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)元大部分ROM芯片利用在行選線和列選線交叉點(diǎn)上的晶體管是導(dǎo)通或截止來(lái)表示存０、1。264.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM2.掩模ROM的邏輯符號(hào)和內(nèi)部邏輯框圖掩模ROM的邏輯符號(hào)274.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM2.掩模ROM的邏輯符號(hào)和內(nèi)部邏輯框圖掩模ROM的內(nèi)部邏輯框圖284.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM2.掩模ROM的邏輯符號(hào)和內(nèi)部邏輯框圖（1）列出二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換真值表

【例1】用ROM實(shí)現(xiàn)４位二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換。解：利用ROM實(shí)現(xiàn)兩種代碼轉(zhuǎn)換方法是：將欲轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制代碼作為地址碼送到ROM的地址輸入端，而將目標(biāo)代碼格雷碼寫入到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。

294.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM【例1】用ROM實(shí)現(xiàn)４位二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換。（假設(shè)以二進(jìn)制為0的值做為格雷碼的0）

G：格雷碼B：二進(jìn)位碼

G(N)=B(n+1)XORB(n)（1）列出二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換真值表

304.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM【例1】用ROM實(shí)現(xiàn)４位二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換。（2）由真值表寫出最小項(xiàng)表達(dá)式G3=∑(8,9,10,11,12,13,14,15)；G2=∑(4,5,6,7,8,9,10,11)

G1=∑(2,3,4,5,10,11,12,13)；G0=∑(1,2,5,6,9,10,13,14)其中輸入量為二進(jìn)制碼B3-B0組成的最小項(xiàng)，輸出量G3-G0為格雷碼數(shù)據(jù)輸出。314.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.1掩模ROM3.ROM結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣圖表示法【例1】用ROM實(shí)現(xiàn)４位二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換。G3=∑(8,9,10,11,12,13,14,15)；G2=∑(4,5,6,7,8,9,10,11)

G1=∑(2,3,4,5,10,11,12,13)；G0=∑(1,2,5,6,9,10,13,14)真值表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)為‘真’的，交叉點(diǎn)上有黑點(diǎn)，表示ROM存儲(chǔ)元編1（對(duì)應(yīng)），反之為0

地址譯碼器,譯碼每個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)最小項(xiàng)

每列格雷碼輸出為最小項(xiàng)的或形式一個(gè)或陣列，交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)真值表項(xiàng)324.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.2可編程ROM1.EPROM存儲(chǔ)元EPROM：光擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

頂部開(kāi)有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線透過(guò)擦除原有信息

一般使用專門的編程器（燒寫器）進(jìn)行編程

編程后，應(yīng)該貼上不透光封條

出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元都是信息1

編程就是將某些單元寫入信息0334.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.2可編程ROM1.EPROM存儲(chǔ)元EPROM：光擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

344.3只讀存儲(chǔ)器ROM4.3.2可編程ROM2.EEPROM存儲(chǔ)元EEPROM存儲(chǔ)元：電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

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謝謝各位ThankYou36第4章存儲(chǔ)邏輯4.4FLASH存儲(chǔ)器FLASH存儲(chǔ)器也譯成閃速存儲(chǔ)器，它是高密度非易失性的讀／寫存儲(chǔ)器。

它既有RAM的優(yōu)點(diǎn)，又有ROM的優(yōu)點(diǎn)。

1、使內(nèi)部存儲(chǔ)信息在不加電的情況下保持10年左右

2、可以用比較快的速度將信息擦除以后重寫，反復(fù)擦寫達(dá)幾十萬(wàn)次，可以實(shí)現(xiàn)分塊擦除和重寫，也可以按字節(jié)擦除與重寫。還具有非易失性，可靠性能好，速度快以及容量大等許多優(yōu)點(diǎn)。

37第4章存儲(chǔ)邏輯4.4FLASH存儲(chǔ)器FLASH存儲(chǔ)器也稱快速擦寫存儲(chǔ)器。

實(shí)際上FLASH存儲(chǔ)器屬于EEPROM類型，又稱FlashROM，性能優(yōu)于普通EEPROM。

它是Intel公司率先推出的一種新型存儲(chǔ)器，在Pentium機(jī)主板上，用128KB或256KB的FlashROM存放BIOS，取代了EPROM和EEPROM。因此現(xiàn)在稱BIOS為FlashBIOS。

384.4.1FLASH存儲(chǔ)元閃速存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)元，由含有漏極S和源極D，控制柵和浮空柵單個(gè)MOS晶體管組成。

與場(chǎng)效應(yīng)管一樣，閃存也是一種電壓控制型器件。

NAND型閃存的擦和寫均是基于隧道效應(yīng)，電流穿過(guò)浮空柵極與硅基層之間的絕緣層，對(duì)浮空柵極進(jìn)行充電（寫數(shù)據(jù)）或放電（擦除數(shù)據(jù)）。

NOR型閃存擦除數(shù)據(jù)仍是基于隧道效應(yīng)（電流從浮空柵極到硅基層），但在寫入數(shù)據(jù)時(shí)則是采用熱電子注入方式（電流從浮空柵極到源極）。39第4章存儲(chǔ)邏輯4.4FLASH存儲(chǔ)器4.4.2FLASH存儲(chǔ)器的基本操作閃速存儲(chǔ)器有三種主要的基本操作:

編程操作:實(shí)際上是寫操作。

讀出操作:控制柵加上正電壓

擦除操作:使用電擦除與場(chǎng)效應(yīng)管一樣，閃存也是一種電壓控制型器件。NAND型閃存的擦和寫均是基于隧道效應(yīng)，電流穿過(guò)浮空柵極與硅基層之間的絕緣層，對(duì)浮空柵極進(jìn)行充電（寫數(shù)據(jù)）或放電（擦除數(shù)據(jù)）。404.4FLASH存儲(chǔ)器4.4.2FLASH存儲(chǔ)器的基本操作編程操作:實(shí)際上是寫操作。NAND型閃存的擦和寫均是基于隧道效應(yīng)，電流穿過(guò)浮空柵極與硅基層之間的絕緣層，對(duì)浮空柵極進(jìn)行充電（寫數(shù)據(jù)）。414.4FLASH存儲(chǔ)器4.4.2FLASH存儲(chǔ)器的基本操作讀出操作:控制柵加上正電壓浮空柵上的負(fù)電荷量決定是否可以開(kāi)啟MOS晶體管。存儲(chǔ)元為1時(shí)：浮空柵不帶負(fù)電荷，控制柵上的正電壓足以開(kāi)啟晶體管。電源VD提供從漏D到源極S的電流。讀出電路檢測(cè)到有電流，表示存儲(chǔ)元為1存儲(chǔ)元為0時(shí)：浮空柵帶負(fù)電荷，控制柵上的正電壓不足以開(kāi)啟晶體管。讀出電路檢測(cè)到無(wú)電流，表示存儲(chǔ)元為0