第七章存儲(chǔ)器

第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器數(shù)字信息在運(yùn)算或處理過程中，需要使用專門的存儲(chǔ)器進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，正是因?yàn)橛辛舜鎯?chǔ)器，計(jì)算機(jī)才有了對(duì)信息的記憶功能。存儲(chǔ)器的種類很多，本章主要討論半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器以其品種多、容量大、速度快、耗電省、體積小、操作方便、維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。目前，微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存普遍采用了大容量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器:用以存儲(chǔ)一系列二進(jìn)制數(shù)碼的器件。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM—RandomAccessMemory）和只讀存儲(chǔ)器（ROM—Read-Onlymemory）存儲(chǔ)器的容量存儲(chǔ)器的容量=字長(zhǎng)（n）×字?jǐn)?shù)（m）概念7.1隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱RAM，也叫做讀/寫存儲(chǔ)器，既能方便地讀出所存數(shù)據(jù)，又能隨時(shí)寫入新的數(shù)據(jù)。RAM的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)的易失性，即一旦掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失。一、RAM的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、讀寫控制器、輸入/輸出控制、片選控制1024×4位存儲(chǔ)矩陣二、RAM的容量擴(kuò)展

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要大容量的RAM。在單片RAM芯片容量不能滿足要求時(shí)，就需要進(jìn)行擴(kuò)展，將多片RAM組合起來，構(gòu)成存儲(chǔ)器系統(tǒng)（也稱存儲(chǔ)體）。1．位擴(kuò)展

用8片1024（1K）×1位RAM構(gòu)成的1024×8位RAM系統(tǒng)。2.字?jǐn)U展用8片1K×8位RAM構(gòu)成的8K×8位RAM。7.2只讀存儲(chǔ)器(ROM)（1）固定ROM。也稱掩膜ROM，這種ROM在制造時(shí)，廠家利用利用掩膜技術(shù)直接把數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器中，ROM制成后，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也就固定不變了，用戶對(duì)這類芯片無(wú)法進(jìn)行任何修改。（2）一次性可編程ROM（PROM）。PROM在出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為1（或全為0），用戶可根據(jù)自己的需要，利用編程器將某些單元改寫為0（或1）。PROM一旦進(jìn)行了編程，就不能再修改了。（3）光可擦除可編程ROM（EPROM）當(dāng)外部能源（如紫外線光源）加到EPROM上時(shí)，使電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而擦除了所有寫入的信息。這樣EPROM又可以寫入新的信息。（4）電可擦除可編程ROM（E2PROM用電擦除的，并且擦除的速度要快的多（一般為毫秒數(shù)量級(jí)）。（5）快閃存儲(chǔ)器（FlashMemory）。快閃存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元也是采用浮柵型MOS管，存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的擦除和寫入是分開進(jìn)行的，數(shù)據(jù)寫入方式與EPROM相同，需要輸入一個(gè)較高的電壓，因此要為芯片提供兩組電源。一個(gè)字的寫入時(shí)間約為200微秒，一般一只芯片可以擦除/寫入100次以上。二．ROM的結(jié)構(gòu)及工作原理ROM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)ROM存儲(chǔ)矩陣連接圖實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)因此從理論上講，利用ROM可以實(shí)現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。試用ROM實(shí)現(xiàn)下列函數(shù)：

1.寫出各函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式按A、B、C、D順序排列變量，將Y1、Y2擴(kuò)展成為四變量邏輯函數(shù)。第八章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.1概述8.3模/數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

8.1概述計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)模擬信號(hào)A/DD/AA/D：AnalogtoDigitalD/A：DigitaltoAnalog

8.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)8.2.2T型電阻網(wǎng)絡(luò)型8.2.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)型8.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)8.2.1權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器

這種轉(zhuǎn)換器由“電子模擬開關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運(yùn)算放大器”和“基準(zhǔn)電源”等部分組成。

UR++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115kR=80

k0011

電子模擬開關(guān)(S0-S3)由電子器件構(gòu)成，其動(dòng)作受二進(jìn)制數(shù)D0-D3

控制。當(dāng)DK

＝1時(shí)，則相應(yīng)的開關(guān)SK

接到位置1上，將基準(zhǔn)電源UR經(jīng)電阻Rk引起的電流接到運(yùn)算放大器的虛地點(diǎn)（如圖中S0、S1）；當(dāng)Dk＝0時(shí)，開關(guān)Sk

接到位置0，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運(yùn)放（如圖中S2、S3）。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k電子模擬開關(guān)的簡(jiǎn)化原理電路

當(dāng)D=1時(shí)，T2

管飽和導(dǎo)通，T1

管截止，則S與a點(diǎn)通；

當(dāng)D=0時(shí)，T1

管飽和導(dǎo)通，T2

管截止，則S被接地。

前者相當(dāng)于開關(guān)S接到“1”端，后者則相當(dāng)于開關(guān)S接到“0

”端。T1T2SDa1T2Sa0T1SUo

=-URRFR（）D3D0D1D223202122＋＋＋根據(jù)反相比例運(yùn)算公式可得：

顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。++-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011

UR5

kR=80

k8.2.2T形解碼網(wǎng)絡(luò)D/A變換器(以4位為例)

由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，使得上圖中D、C、B、A四點(diǎn)的電位逐位減半.AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICD和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，T形解碼網(wǎng)絡(luò)中電阻的類型少，只有R、2R兩種，電路構(gòu)成比較方便。UD=URUC=UR/

2UB=UR/4UA=UR/8即：

因此，每個(gè)2R支路中的電流也逐位減半。AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICDI=I3+I2+I1+I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+++=UR16R(8D3+4D2+2D1+1D0)=URRF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)uo

-AB++-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011UR2RRRRI3I2I1I0ICD8.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)一、分辨率用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。此外，也可以用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出來的最小輸出電壓

(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0)

與最大輸出電壓

(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼所有各位全是1)之比來給出分辨率。例如，對(duì)一個(gè)十位D/A轉(zhuǎn)換器來說，＝210

－1110231＝0.001

二、轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差通常用輸出電壓滿刻刻度FSR(FullScaleRange)的百分?jǐn)?shù)表示。例如，給出轉(zhuǎn)換誤差為L(zhǎng)SB，21這就表示輸出模擬電壓的絕對(duì)誤差等于輸入數(shù)字代碼為00…01時(shí)輸出電壓的一半。造成轉(zhuǎn)換誤差的原因主要有：參考電壓VREF的波動(dòng)；運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移；模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通電壓；電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值偏差；…...為了便于定量地描述D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，定義了建立時(shí)間tS

和轉(zhuǎn)換速率

SR兩個(gè)參數(shù)。1.建立時(shí)間tS

通常以大信號(hào)工作情況下

(輸入由全0變?yōu)槿?或者由全1變?yōu)槿?)輸出電壓到達(dá)某一規(guī)定值所需要的時(shí)間定為建立時(shí)間tS

。建立時(shí)間最短的可達(dá)0.1s。這個(gè)參數(shù)的值越小越好。2.轉(zhuǎn)換速率SR轉(zhuǎn)換速率SR以大信號(hào)工作狀態(tài)下輸出模擬電壓的變化率表示。

D/A轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間應(yīng)包括建立時(shí)間和上升(或下降)時(shí)間兩部分，它的最大值為TTR(max)=tS+VO(max)/SR其中VO(max)

為輸出電壓的最大值。8.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

8.3.2并聯(lián)比較型

8.3.3逐次逼近型

8.3.4A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

8.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般過程因?yàn)檩斎氲哪M量在時(shí)間上是連續(xù)的，

8.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般過程在A/D轉(zhuǎn)換中，而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)只能在一系列選定的瞬間(亦即瞬間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn))對(duì)輸入的模擬信號(hào)采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換過程應(yīng)包括：采樣、保持、量化、編碼這四個(gè)步驟。0tui1.采樣定理0tui為了保證能從采樣信號(hào)將原來的被采樣信號(hào)恢復(fù)，必須滿足fS>2fimaxfS

：采樣頻率。

fimax

：ui

的最高頻分量的頻率。2.量化和編碼數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且，數(shù)值大小的變化也是不連續(xù)的。這就是說，任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。因此，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)也必須把采樣電壓化為這個(gè)最小單位的整數(shù)倍。這個(gè)轉(zhuǎn)化過程就叫做“量化”，所取的最少數(shù)量單位叫做量化單位，用表示。顯然，數(shù)字信號(hào)最低有效位的1代表的數(shù)量大小就等于。把量化的結(jié)果用代碼(二進(jìn)制或二－十進(jìn)制)表示出來，稱為“編碼”。3.采樣－保持電路T+-uouiULR1RFCF當(dāng)UL為高電平時(shí)，MOS管T導(dǎo)通，ui

經(jīng)電阻R1和管T向電容CF充電。當(dāng)UL為低電平時(shí)，MOS管T截止，忽略各種漏電流，電容CF上的電壓得以保持。

8.3.2并聯(lián)比較型-++-++-++-++-++-++-++uxERRRRRRRRD2D1D0數(shù)字輸出AGFECDB編碼器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8

電路如左圖所示，它由三部分組成：

這種A/D變換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，缺點(diǎn)是所需比較器數(shù)目多，位數(shù)越多矛盾越突出。分壓器、ERRRRRRRR7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8比較器、和編碼器。D2D1D0數(shù)字輸出AGFECDB編碼器+++++++-+-+-+-+-+-+-+ux比較器輸出E>ux

>7E/87E/8>ux

>6E/86E/8>ux

>5E/85E/8>ux

>4E/84E/8>ux

>3E/83E/8>ux

>2E/82E/8>ux

>1E/81E/8>ux

>0ABCDEFGD2D0D1編碼器輸出輸入電壓ux11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000邏輯狀態(tài)關(guān)系表設(shè)待秤重量Wx

=13克，

8.3.3逐次逼近型

其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。

若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。可以用下表步驟來秤量：砝碼重暫時(shí)結(jié)果

結(jié)論第一次8克砝碼總重<

待測(cè)重量Wx

，8克第二次加4克砝碼總重仍<

待測(cè)重量Wx

，12克第三次加2克砝碼總重

>

待測(cè)重量Wx

，12克第四次砝碼總重＝待測(cè)重量Wx

，加1克13克故保留故保留