數(shù)字電路第章存儲器ppt課件

1、2.難點(diǎn)：存儲器的應(yīng)用難點(diǎn)：存儲器的應(yīng)用二、存儲器的分類 從信息的存取情況來分，可分為：存儲器Memory）隨機(jī)存取存儲器RAM）Random Access Memory只讀存儲器ROM）Read Only Memory2.只讀存儲器只讀存儲器ROM）在正常工作時，它存儲的數(shù)據(jù)固定不變，存儲器在正常工作時，它存儲的數(shù)據(jù)固定不變，存儲器的數(shù)據(jù)只能讀出，不能寫入。要在存儲器中存入數(shù)的數(shù)據(jù)只能讀出，不能寫入。要在存儲器中存入數(shù)據(jù)，須具備特定的條件。據(jù)，須具備特定的條件。1.隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM）在操作過程中能任意在操作過程中能任意“讀取某個單元信息，讀取某個單元信息，或在某個單元或在某

2、個單元“寫入需存儲的信息，常稱為寫入需存儲的信息，常稱為“讀讀寫存儲器寫存儲器”。三、計算機(jī)中信息的表示方法三、計算機(jī)中信息的表示方法1.信息單位計算機(jī)系統(tǒng)中，對信息表示信息單位計算機(jī)系統(tǒng)中，對信息表示的單位有位、字節(jié)、字、字長等，它們是用來表示的單位有位、字節(jié)、字、字長等，它們是用來表示信息的量的大小以及信息存儲傳輸方式的基本概念。信息的量的大小以及信息存儲傳輸方式的基本概念。（1位位計算機(jī)系統(tǒng)中，一個二進(jìn)制的取值單位稱為計算機(jī)系統(tǒng)中，一個二進(jìn)制的取值單位稱為二進(jìn)制位，簡稱二進(jìn)制位，簡稱“位位”，用，用b表示表示bit的縮寫），是的縮寫），是表示信息的最小單位。表示信息的最小單位。（2字節(jié)字

3、節(jié)通常將通常將8個二進(jìn)制位稱為一個字節(jié)，即連續(xù)個二進(jìn)制位稱為一個字節(jié)，即連續(xù)8個個比特，就是一個字節(jié)。簡稱比特，就是一個字節(jié)。簡稱BByte的縮寫），是的縮寫），是表示的基本單元。在微型計算機(jī)中，往往以字節(jié)表示的基本單元。在微型計算機(jī)中，往往以字節(jié)為單位來表示文件或數(shù)據(jù)的長度以及存儲器容量為單位來表示文件或數(shù)據(jù)的長度以及存儲器容量的大小。除此之外，還可用的大小。除此之外，還可用K，M，G或或T為單位。為單位。例如，一臺電腦的內(nèi)存是例如，一臺電腦的內(nèi)存是128兆字節(jié)，就是說這臺兆字節(jié)，就是說這臺電腦有電腦有128個百萬字節(jié)的內(nèi)存。個百萬字節(jié)的內(nèi)存。（3字 計算機(jī)在執(zhí)行存儲、傳送等操作時，作為一個

4、整體單位進(jìn)行操作的一組二進(jìn)制，稱為一個計算機(jī)字，簡稱字。計算機(jī)的存儲器中，每個單元通常存儲一個字，因而，每個字都是可以尋址的。（4字長每個字所包含的位數(shù)稱為字長。由于字長是計算機(jī)一次可處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，所以，它與計算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速率有關(guān)，是衡量計算機(jī)性能的一個重要因素。如，APPLEII等微型機(jī)的字長是8位，稱為8位機(jī)，IBMPCAT微機(jī)是16位機(jī)，486、586微型機(jī)是32位機(jī)等。一般計算機(jī)的字長越大，其性能越高。2.內(nèi)存儲器主存儲器）內(nèi)存儲器是數(shù)據(jù)和代碼的臨時存放設(shè)備，存放輸入輸出數(shù)據(jù)以及CPU進(jìn)行計算、處理的數(shù)據(jù)。內(nèi)存儲器可分為RAMRandom Access Memory ，隨機(jī)存

5、儲器和ROMRead Only Memory ，只讀存儲器）。目前，內(nèi)存儲器一般為半導(dǎo)體存儲器。（1隨機(jī)存儲器RAMRAM的特點(diǎn)是可讀可寫，但關(guān)機(jī)后存儲的信息將自動消失。RAM又分為動態(tài)存儲器DRAMDynamic Random Access Memory ）和靜態(tài)存儲器SRAMStatic Random Access Memory ）。動態(tài)存儲器動態(tài)存儲器DRAMDRAM主要用于主存儲器俗稱內(nèi)存條的制造。主要用于主存儲器俗稱內(nèi)存條的制造。靜態(tài)存儲器靜態(tài)存儲器SRAMSRAM主要用于高速緩存，其存取速度比主要用于高速緩存，其存取速度比DRAM分快得多。分快得多。（2只讀存儲器ROMROM中通常

6、用來存放一些不能改寫而用于管理機(jī)器本身的監(jiān)控程序和其它基本的服務(wù)程序。它存儲的信息一般由廠商在制造時寫入的。如主板上用以存儲基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS的ROM。（BIOS是電腦基本輸入輸出系統(tǒng)），在開機(jī)時，CPU首先執(zhí)行ROM BIOS中的指令來搜索磁盤上的操作系統(tǒng)文件。早期的ROM不能改寫，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，ROM中的數(shù)據(jù)已經(jīng)可以更新。3.外存儲器外存儲器與內(nèi)存儲器相比，存儲容量大，可靠性高，價格低，在脫機(jī)情況下可永久保存信息。但速度較內(nèi)存儲器慢得多，它屬外部設(shè)備。主要有：軟盤存儲器、硬盤、光盤等。1.只讀存儲器ROM的結(jié)構(gòu)ROM的一般結(jié)構(gòu)，它由地址譯碼器、存儲矩陣和讀出電路三部分組成。圖中

7、n位地址A0An1經(jīng)譯碼器譯出后使2n字線（W0 ）中的一條有效，從而在存儲矩陣2n個存儲單元中選中其中之一。通過被選通單元的m個基本存儲電路的位線D0Dm1），即可讀出存儲單元的內(nèi)容。對于有n位地址和m位字長的ROM來說，它的存儲容量為2 nm位。存儲器的容量字?jǐn)?shù)位數(shù)ROM的容量由或門陣列來實現(xiàn)。12 nW2.44ROM的電路結(jié)構(gòu)和簡化框圖3.44ROM電路的工作原理（1當(dāng)使能控制S1時，A0、A1在“0011中取值，W0W3中必有一根被選中為“1”。此時，若位線與該字線交叉點(diǎn)上跨接有二極管，則該二極管導(dǎo)通，使相應(yīng)的位線輸出為“1”；若位線與字線交叉點(diǎn)無二極管，則相應(yīng)的位線輸出為“0”。如，

8、當(dāng)A11、A00時，字線W21，D2、D1與W2交叉點(diǎn)上跨接有二極管，D2D11，D3、D0與W2交叉點(diǎn)上無二極管，D3D00，輸出的字單元內(nèi)容D3D2D1D00110。（2當(dāng)使能控制S0時，所有字線全被鉗位于“0”，致使所有位線輸出為“0”，此時表示該ROM電路被禁止讀出。（344ROM真值表當(dāng)A1A00時，由于字線0輸出為“1”，或矩陣中D3、D1、D0位線有二極管掛到字線0W0線上，D2位線無二極管掛到字線0W0線），因此輸出一個W0字“1011”。其它依此類推。4.用三極管構(gòu)成的44ROM電路5.44ROM簡化圖在簡化形式的ROM圖中，不再畫出電源、電阻、二極管或三極管），只在與或陣列

9、的交叉線處加黑點(diǎn)表示有存儲元件在真值表中為1）。不加黑點(diǎn)表示無存儲元件在真值表中表示為0）。這種簡化圖又稱作“ROM陣列邏輯圖”，它與ROM電路真值表具有一一對應(yīng)關(guān)系。如由44ROM陣列圖有：0101010130010102101010220101010133AAAAAAWWWDAAAAWWDAAAAWWDAAAAAAWWWD二、ROM應(yīng)用舉例1.“字的應(yīng)用由地址讀出對應(yīng)存儲單元的字【例1】用ROM電路構(gòu)成一個碼制轉(zhuǎn)換器，將四位二進(jìn)制碼制轉(zhuǎn)換成四位Gray碼循環(huán)碼）。解（1四位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為格雷碼的真值表將四位二進(jìn)制碼B3B2B1B0作為ROM碼制轉(zhuǎn)換器的四位地址輸入，四位Gray 碼G3G2

10、G1G0作為ROM的字輸出。其轉(zhuǎn)換真值表為：（2由真值表寫出最小項表達(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）（3根據(jù)最小項表達(dá)式，畫出4位二進(jìn)制碼格雷碼轉(zhuǎn)換器的ROM陣列結(jié)構(gòu)示意圖2.“位的應(yīng)用由各位線可分別得到地址輸入變量的最小項的和0101010100010110101012010101013AAAAAAAADAAAAADAAAAAADAAAAAAAAD由此可見，每一位Di均為輸入A1、A0的邏輯函數(shù)，說明ROM確實可用作組合邏輯函數(shù)發(fā)生

11、器。當(dāng)用戶要在某處存“0信號，可按地址供給數(shù)十毫安的脈電流，將該處熔絲燒斷，使串接的存儲單元不再起作用，在則未熔斷的地方，則表示存“1的信息。這種ROM可實現(xiàn)一次編程要求，若編寫結(jié)束，存儲器中存儲信息就已固化，不可能改編入別的信息。由存儲矩陣、地址譯碼器和輸出電路組成。浮空多晶硅柵SiO2FAMOS字線位線FAMOS管連線圖（2典型EPROM集成芯片的介紹典型EPROM存儲器芯片型號、容量、引腳數(shù)：容量字?jǐn)?shù)位1K2101024如2732的容量為4096字8位例題1如圖表示用EPROM實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的點(diǎn)陣圖。（1寫出函數(shù)Y1、Y2的邏輯表達(dá)式。（2說明器件的特點(diǎn)和點(diǎn)陣存儲容量大小。解（1邏輯函

12、數(shù)Y1、Y2由EPROM矩陣實現(xiàn)。根據(jù)EPROM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與陣列為固定結(jié)構(gòu)，或陣列為可編程結(jié)構(gòu)。因此輸入和輸出間的邏輯關(guān)系可直接寫成與或表達(dá)式，輸入變量是A、B、C，直接加在EPROM地址端，輸出變量Y1、Y2由EPROM數(shù)據(jù)輸出端輸出。ABCCBABCAYCABCBACBACBAY21（2EPROM為大規(guī)模集成電路，用戶可根據(jù)需要反復(fù)改寫存儲單元的內(nèi)容，因此可以實現(xiàn)任何復(fù)雜的組合邏輯函數(shù)。存儲容量為682864個存儲單元）例題2EPROM實現(xiàn)的組合邏輯函數(shù)如圖所示。（1分析電路功能，說明當(dāng)輸入X、Y、Z為何值時，函數(shù)F11，函數(shù)F21。（2說明X、Y、Z為何種取值時，F(xiàn)1F20。解由圖可知

13、，邏輯函數(shù)F1、F2由EPROM矩陣組成。因此可直接寫出輸入和輸出間的與或表達(dá)式。即XYZZXYZYXYZXFZYXYZXZYXZYXF21由上式看出：當(dāng)XYZ000,001，100,101時，F(xiàn)11；當(dāng)XYZ011,101,110，111時，F(xiàn)21。（2從F1、F2的邏輯表達(dá)式中看出，當(dāng)XYZ010,100時，F(xiàn)1F20例題3如圖所示為多輸出函數(shù)F1、F2、F3、F4的ROM點(diǎn)陣圖，寫出F1、F2、F3、F4對輸入變量A、B、C的邏輯表達(dá)式。解CBACBABCACBACBACBAFCABBCACBACBAFABCCBABCACBAFABCCBACBACBAF4321設(shè)計題1已知函數(shù)F1、F2

14、、F3、F4：DBCACAABCDFABCDCACDACBAABCDFDCBADBCDAABCDFBCDDCADBBAABCDF)()()()(4321試用EPROM實現(xiàn)上述函數(shù)，畫出相應(yīng)的點(diǎn)陣圖。用EPROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)時，一般步驟為如下：（1確定輸入變量數(shù)和輸出端個數(shù)；（2將函數(shù)化為最小項之和的形式；（3確定EPROM的容量；（4確定各存儲單元的內(nèi)容；（5畫出相應(yīng)的點(diǎn)陣圖?！窘狻浚?由本題給定的條件，可知輸入變量數(shù)為A、B、C、D，（4個輸出為F1、F2、F3、F44個）。（2利用卡諾圖將函數(shù)F1F4寫成最小項之和的形式，得F1（0，1，2，3，7，8，9，10，13，15）F2（0，2，

15、4，6，9，14）F3（3，4，5，7，9，13，14，15）F4（0，1，2，3，4，6，7，8，9，10，11，12，13，14）（3矩陣的容量816416192（4畫出點(diǎn)陣圖 第三節(jié)可編程序邏輯陣列PLA為避免ROM的面積浪費(fèi)和進(jìn)一步的簡化，在ROM的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一個分支稱為可編程序邏輯陣列，除上面介紹的PROM、EPROM外，還有PLA、PAL及GAL。PLAProgrammable Logic Array 可編程邏輯陣列）PAL (Programmable Array Logic 可編程陣列邏輯）GAL (Generic Array Logic 通用陣列邏輯）它們統(tǒng)稱為可編程邏輯

16、器件Programmable Logic Device ）。一、PLA的基本概念PLA與一般ROM電路比較：相同點(diǎn)：均由一個“與陣列和一個“或陣列組成。不同點(diǎn)：在地址譯碼器即“與陣列部分。一般ROM用最小項來設(shè)計譯碼陣列，一般ROM有2n根字線，且以最小項順序編排，不可隨意亂編。PLA是先經(jīng)邏輯函數(shù)化簡，再用最簡與或表達(dá)式中的與項來編制“與陣列。其字線的內(nèi)容是根據(jù)函數(shù)式“可編排的。二、PLA的應(yīng)用1.組合PLA用PLA構(gòu)成組合邏輯電路是PLA的主要應(yīng)用之一，現(xiàn)舉例說明。例題用PLA陣列實現(xiàn)四位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成四位Gray 碼的碼制變換器?！窘狻浚?轉(zhuǎn)換真值表（2由轉(zhuǎn)換真值表畫出G3、G2、G1、

17、G0的卡諾圖2.時序PLA用組合PLA和觸發(fā)器構(gòu)成的時序邏輯電路稱時序PLA。例題用組合PLA及維持阻塞D觸發(fā)器構(gòu)成時序PLA，完成同步十六進(jìn)制加計時器計數(shù)功能?！窘狻浚?同步十六進(jìn)制計時器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示，由于十六狀態(tài)數(shù)，因此至少需要4個觸發(fā)器構(gòu)成時序邏輯電路，設(shè)4個觸發(fā)器的輸出分別為Q3、Q2、Q1、Q0。（2由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫次態(tài)卡諾圖三、PAL和GAL的簡單說明1. PAL可編程序陣列邏輯PLA的與門陣列及或門陣列均是可編程的，其靈活性較大，但也帶來編程困難、價格較高的問題。PAL可編程序陣列則在PLA基礎(chǔ)上改進(jìn)，在與、或門陣列結(jié)構(gòu)中，與門陣列是可編程的，而或門陣列是固定連接的。因此在

18、用PAL構(gòu)成實現(xiàn)某個邏輯函數(shù)的電路時，每個輸出所表示的與或函數(shù)中，與項數(shù)不能超過或門陣列所固定的數(shù)目，目前在PAL產(chǎn)品中或門陣列固定數(shù)目最大為8。PAL工作速度高，價格較便宜。2.GLA通用陣列PLA器件一般采用熔絲工藝，一次編程后，不能再改寫，給使用者帶來不方便，而且一旦選用了某種PLA電路。其輸出和反饋結(jié)構(gòu)也就固定下來，不能再作改動。GLA通用陣列可克服PLA上面兩個毛病，它采用E2COMS工藝，即電改寫COMS工藝，能在很短時間內(nèi)完成電擦除和電改寫的任務(wù)，而且與EPROM一樣，可多次改寫。GLA器件采用更靈活的可編程輸入輸出IO構(gòu)造，輸出可由用戶定義，與陣列可編程，或陣列是固定的，采用G

19、LA芯片，可完成的邏輯功能比PLA要多。例題試用PLA實現(xiàn)一位二進(jìn)制全加、全減電路?！窘狻浚?選擇邏輯變量設(shè)控制輸入端為P，P1時為加法運(yùn)算，P0時為減法運(yùn)算。設(shè)輸入的一位二進(jìn)制數(shù)X為被加減數(shù)，另一位二進(jìn)制數(shù)Y為加數(shù)減數(shù)），Z為低位向本位的進(jìn)位借位）。輸出端W為和差），N為本位向高位的進(jìn)位借位）。（2依題意列出真值表（3畫出卡諾圖（4化簡卡諾圖得最簡函數(shù)表達(dá)式PXZPXYYXPZXPYZNZYXXYZZYXZYXW（5畫出PLA陣列圖例題分別用ROM和PLA實現(xiàn)下列函數(shù)，分別畫出相應(yīng)的電路圖。F1ABCD）m0，1，2，4，9，10，11，12）F2ABCD）m0，2，5，10，11，13，14，15）F3ABCD）m1，4，5，9，10，11，13，14，15）【解】1.用ROM實現(xiàn)，由表達(dá)式直接畫出電路，如下圖。2.用PLA實現(xiàn)（1先將邏輯函數(shù)F1、F2、F3填入卡諾圖進(jìn)行化簡ACDCBDCBCBAFACDCBDBAFDCBDCBCBADBAF321（2畫出陣列圖RAM又分為靜態(tài)MOS和動態(tài)MOS兩種，制造工藝簡單，成本低，功耗小，集成度高，但工作速度比雙極型RAM低。目前大容量的RAM都采用MOS型存儲器。RAM的優(yōu)點(diǎn)是讀