模塊九 大規(guī)模集成電路簡(jiǎn)介

模塊九大規(guī)模集成電路簡(jiǎn)介9.1數(shù)/模及模/數(shù)轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)介9.2存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介知識(shí)與技能要點(diǎn)

數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和應(yīng)用；數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理及特點(diǎn)；常用數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)及意義。9.1數(shù)/模及模/數(shù)轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)介9.1數(shù)/模及模/數(shù)轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)介

9.1.1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）概述及典型DAC功能測(cè)試

一般來(lái)說(shuō)，自然界中存在的物理量大都是連續(xù)變化的物理量，如溫度、時(shí)間、角度、速度、流量、壓力等。由于數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)在控制、檢測(cè)以及其他許多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的情況非常普遍。這就需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這種轉(zhuǎn)換稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，用AD表示；而將數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換。帶有模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的測(cè)控系統(tǒng)可用下圖所示的框圖表示。1．DAC的基本概念及主要參數(shù)

（1）DAC的基本概念

能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)寫為DAC。

構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都具有一定的“權(quán)重”。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。

DAC電路的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比輸出模擬量。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以電壓或電流的形式輸出。1．DAC的基本概念及主要參數(shù)

（2）DAC的基本組成

DAC通常由參考電壓、譯碼電路和電子開關(guān)三個(gè)基本部分組成，為了將模擬電流轉(zhuǎn)換成模擬電壓，通常在輸出端外加運(yùn)算放大器。

下圖所示為DAC電路的組成框圖。圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來(lái)暫時(shí)存放輸入的數(shù)字信號(hào)。n位鎖存器的并行輸出分別控制n個(gè)模擬開關(guān)的工作狀態(tài)。通過(guò)模擬開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。（3）DAC的主要參數(shù)

①分辨率：用來(lái)說(shuō)明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(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。因此，DAC輸入數(shù)字量的位數(shù)n越多，電路的分辨能力越高。

②絕對(duì)精度(或絕對(duì)誤差)和非線性度：絕對(duì)精度是指輸入端加對(duì)應(yīng)滿刻度數(shù)字量時(shí)，DAC輸出的實(shí)際值與理論值之差。一般絕對(duì)誤差應(yīng)低于uLSB/2。在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。非線性誤差與滿刻度值之比稱非線性度，常用百分比表示。

③建立時(shí)間：指輸入變化后，輸出值穩(wěn)定到距最終輸出量±uLSB所需的時(shí)間。建立時(shí)間反映了DAC電路轉(zhuǎn)換的速度。

除此之外，在選用DAC器件時(shí)，還需要考慮其電源電壓、輸出方式、輸出值范圍及輸入邏輯電平等參數(shù)。2．倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC結(jié)構(gòu)與工作原理

按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，DAC可分為R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC等。按模擬電子開關(guān)電路的不同，DAC又可分為CMOS開關(guān)型和雙極型開關(guān)型。

R-2R倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC是目前使用最廣泛的一種，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。2．倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC結(jié)構(gòu)與工作原理

當(dāng)輸入數(shù)字信號(hào)的任何一位是“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)開關(guān)便將2R電阻接到運(yùn)放反相輸入端，而當(dāng)其為“0”時(shí)，則將電阻2R接地。由圖9-1-3可知，按照“虛短”、“虛斷”的近似計(jì)算方法，求和放大器反相輸入端的電位為“虛地”，所以無(wú)論開關(guān)扳到哪一邊，都相當(dāng)于接到了“地”電位上。在圖示開關(guān)狀態(tài)下，從最左側(cè)將電阻折算到最右側(cè)，先將2R//2R并聯(lián)，電阻值為R；再和R串聯(lián)，電阻值為2R，一直折算到最右側(cè)，電阻仍為R，則可寫出電流I的表達(dá)式為：

只要VREF選定，電流I為常數(shù)。流過(guò)每個(gè)支路的電流從右向左，分別為

、

、

、…。當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，電流流向運(yùn)放的反相輸入端，當(dāng)輸入的數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，電流流向地，可寫出的表達(dá)式為:2．倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC結(jié)構(gòu)與工作原理

在求和放大器的反饋電阻等于R的條件下，輸出模擬電壓為:

倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)DAC所用的電阻阻值僅兩種，串聯(lián)臂為R，并聯(lián)臂為2R，便于制造和擴(kuò)展位數(shù)。而且在這種DAC中又采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高。3．集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524

AD7524是CMOS單片低功耗8位D/A轉(zhuǎn)換器。采用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。型號(hào)中的“AD”表示美國(guó)的芯片生產(chǎn)公司模擬器件公司的代號(hào)。如圖所示為其典型實(shí)用電路。

圖中供電電壓VDD為+5V~+15V。D0~D7為輸入數(shù)據(jù)，可輸入TTL/CMOS電平。

為片選信號(hào)，

為寫入命令，VREF為參考電源，可正、可負(fù)。IOUT是模擬電流輸出，一正一負(fù)。A為運(yùn)算放大器，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出，輸出電壓的數(shù)值可通過(guò)接在16腳與輸出端的外接反饋電阻RFB進(jìn)行調(diào)節(jié)。16腳內(nèi)部已經(jīng)集成了一個(gè)電阻，所以外接的RFB可為零，即將16腳與輸出端短路。

3．集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524

AD7524的功能見表:

當(dāng)片選信號(hào)與寫入命令為低電平時(shí)，AD7524處于寫入狀態(tài)，可將D0～D7的數(shù)據(jù)寫入寄存器并轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出。當(dāng)RFB=0時(shí)，輸出電壓與輸入數(shù)字量的關(guān)系如下:?應(yīng)用舉例

【例】在倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC中，若UREF＝10V，輸入10位二進(jìn)制數(shù)字量為（1011010101），試求其輸出模擬電壓為何值？（已知Rf＝R＝10kΩ）

解：

9.1.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）概述及典型ADC功能測(cè)試

1．模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念

在模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程中，由于輸入的模擬量在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)字量是離散的，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入的模擬量采樣后再轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用就是將輸入的模擬電壓數(shù)字化，即將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字信號(hào)。

2．模/數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程和結(jié)構(gòu)

A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程一般通過(guò)采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。在實(shí)際電路中，這些過(guò)程有的是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。采樣是將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)變化的模擬信號(hào)，通過(guò)采樣脈沖的作用，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、但幅值上仍連續(xù)的離散模擬信號(hào)。因此采樣又稱為波形的離散化過(guò)程。CPSADCuiu0采樣保持電路CP＝1時(shí)，采樣開關(guān)S接通，ui信號(hào)被采樣，并送到電容C中暫存。CP＝0時(shí)，采樣開關(guān)S斷開，前面采樣得到的電壓信號(hào)在電容C上保持，直到下一個(gè)CP＝1信號(hào)到來(lái)，再對(duì)新的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。采樣定理：

輸入的模擬信號(hào)的最高頻率分量為fmax，采樣信號(hào)頻率為fs，如果fs>2fmax，則可以無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。(1)采樣保持電路ui采樣電路的輸入信號(hào)波形采樣電路的離散輸出波形tu采樣間隔時(shí)間采樣保持時(shí)間為保證采樣后的離散模擬信號(hào)能夠基本上真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)ui的信息，采樣信號(hào)的頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分fimax的2倍，這是采樣電路的基本法則，也就是前面我們所說(shuō)的采樣定理。

量化：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。即任何一個(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)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)化過(guò)程就稱為“量化”。

兩個(gè)量化電壓之間的差值稱為量化間隔S，量化電壓的位數(shù)越多，量化等級(jí)越細(xì)，S的數(shù)值就越小。顯然，量化編碼電路的作用是先將幅值連續(xù)可變的采樣信號(hào)量化成幅值有限的離散信號(hào)，再將量化后的信號(hào)用對(duì)應(yīng)該量化電平的一組二進(jìn)制代碼表示。量化過(guò)程中所取的最小數(shù)量單位稱為量化當(dāng)量δ。δ是數(shù)字量最低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即ULSB。

編碼：將量化后的信號(hào)用對(duì)應(yīng)量化電平的一組二進(jìn)制代碼來(lái)表示的過(guò)程稱為編碼。(2)量化編碼電路例:將01V的模擬電壓編碼為三位二進(jìn)制代碼。方法一：取ε＝1/8V，01/8V的電壓以0×ε表示，則模擬電壓0V1/8V2/8V3/8V4/8V5/8V6/8V7/8V1V二進(jìn)制編碼000001010011100101110111代碼對(duì)應(yīng)的模擬離散電平0ε→0V

1ε→1/8V2ε→2/8V3ε→3/8V4ε→4/8V5ε→5/8V6ε→6/8V7ε→7/8V可見，量化誤差最大達(dá)ε=1/8V。應(yīng)用舉例

按轉(zhuǎn)換過(guò)程，A/D轉(zhuǎn)換器可大致分為直接型A/D轉(zhuǎn)換器和間接型A/D轉(zhuǎn)換器。直接型A/D轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過(guò)中間變量。常用的電路有并行比較型和反饋比較型兩種。

并行比較型 直接型

計(jì)數(shù)型

反饋比較型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

電壓-時(shí)間型（VT）型——雙積分型 間接型

電壓-頻率型（VF）型

間接型A/D轉(zhuǎn)換器是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間變量，例如時(shí)間T或頻率F，然后再對(duì)中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換器的大致分類如下所示。（3）A/D轉(zhuǎn)換器的分類

ADC0809由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，其邏輯框圖如圖所示。3．逐次逼近型集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC08093．逐次逼近型集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳，現(xiàn)分四組簡(jiǎn)述如下：

（1）模擬信號(hào)輸入IN0～I(xiàn)N7（8條）：為八路模擬電壓輸入線，加在模擬開關(guān)上，工作時(shí)允許分時(shí)輸入，輪流進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

（2）地址輸入和控制線（4條）：其中ADDA、ADDB和ADDC為地址輸入線（Address），用于選擇IN0～I(xiàn)N7上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，ADDA、ADDB和ADDC三條地址線上地址信號(hào)得以鎖存，經(jīng)譯碼器控制八路模擬開關(guān)工作。

（3）數(shù)字量輸出及控制線（11條）：START為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，該線的正脈沖由CPU送來(lái)，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿將寄存器清零，下降沿啟動(dòng)ADC工作。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。2-1～2-8為數(shù)字量輸出線，2-1為最高位。OE為“輸出允許”端，高電平時(shí)可輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

（4）電源線及其他（5條）：CLOCK為時(shí)鐘輸入線，用于為ADC0809提供逐次比較所需的640kHz時(shí)鐘脈沖。VCC為+5V電源輸入線，GND為地線。+VREF和-VREF為參考電壓輸入線，用于給D/A轉(zhuǎn)換器供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。+VREF常和VCC相連，-VREF常接地。3．逐次逼近型集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

應(yīng)用舉例

【例】什么是采樣定理？采樣保持電路的作用是什么？

答：采樣信號(hào)的頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分fimax的2倍。這是采樣電路的基本法則，稱為采樣定理。采樣保持電路的作用就為了保證采樣后的模擬信號(hào)ui'(t)能夠基本上真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)ui(t)的信息。知識(shí)與技能要點(diǎn)

存儲(chǔ)器的分類及各類存儲(chǔ)器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合；存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)對(duì)存儲(chǔ)器性能的影響；半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的邏輯功能和使用方法；半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理；可編程邏輯器件的類型、工作原理。9.2存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介9.2存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介9.2.1存儲(chǔ)器的概述

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的重要組成部分，有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才具有“記憶”功能，才能把程序及數(shù)據(jù)的代碼保存起來(lái)，才能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)脫離人的干預(yù)，自動(dòng)完成信息處理的功能。

1．存儲(chǔ)器的分類

存儲(chǔ)器按構(gòu)成的器件和存儲(chǔ)介質(zhì)主要可分為：磁心存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光電存儲(chǔ)器、磁膜、磁泡和其他磁表面存儲(chǔ)器以及光盤存儲(chǔ)器等。按存取方式分類又可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器兩種形式。

隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM又稱讀寫存儲(chǔ)器，是能夠通過(guò)指令隨機(jī)地、個(gè)別地對(duì)其中各個(gè)單元進(jìn)行讀/寫操作的一類存儲(chǔ)器。

只讀存儲(chǔ)器ROM在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的在線運(yùn)行過(guò)程中，是只能對(duì)其進(jìn)行讀操作，而不能進(jìn)行寫操作的存儲(chǔ)器。ROM通常用來(lái)存放固定不變的程序、漢字字型庫(kù)、字符及圖形符號(hào)等。

1．存儲(chǔ)器的分類

（1）內(nèi)存儲(chǔ)器

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU可以直接對(duì)其進(jìn)行讀/寫操作的單元，被稱為系統(tǒng)的主存或者內(nèi)存。內(nèi)存一般由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成，通常裝在計(jì)算機(jī)主板上，存取速度快，但容量有限。按存儲(chǔ)信息的功能器可分為只讀存儲(chǔ)器ROM、可改寫的只讀存儲(chǔ)器EPROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。

內(nèi)存通常是指隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，它幫助中央處理器CPU工作，從鍵盤或鼠標(biāo)之類的來(lái)源讀取指令，幫助CPU把資料寫到一樣可讀可寫的輔助內(nèi)存中，以便日后仍可取用。RAM的大小直接影響計(jì)算機(jī)的速度，RAM越大，表明機(jī)器所能容納的資料越多，CPU讀取的速度越快。

（2）外存儲(chǔ)器指位于系統(tǒng)主機(jī)的外部的輔助存儲(chǔ)器，由于CPU對(duì)其進(jìn)行的存/取操作時(shí)，必須通過(guò)內(nèi)存才能進(jìn)行，因此稱作外存，外存是為了彌補(bǔ)內(nèi)存容量的不足而配置。外存儲(chǔ)器一般用來(lái)存放需要永久保存的或是暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)信息。外存儲(chǔ)器設(shè)備種類很多，微型計(jì)算機(jī)常用的外存儲(chǔ)器有磁盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器和閃速存儲(chǔ)器等。 磁盤存儲(chǔ)器分有軟盤和硬盤，現(xiàn)在軟盤已經(jīng)用得很少，而硬盤是計(jì)算機(jī)中使用最廣泛的外存儲(chǔ)器之一。硬盤對(duì)信息的讀、寫，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟盤，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軟盤，具有存儲(chǔ)容量大、存取速度快等突出特點(diǎn)。一塊硬盤可以被劃分成幾個(gè)邏輯盤，并分別用盤符C、D、E、…表示。

1．存儲(chǔ)器的分類

（2）外存儲(chǔ)器

光盤中心有一個(gè)定位孔，記錄信息時(shí)，使用激光在金屬薄膜層上打出一系列的凹坑和凸起，將它們按螺旋形排列在光盤的表面上，稱為光道。目前廣泛應(yīng)用的主要是只讀型光盤CD-ROM。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)信息容量大，方便大量生產(chǎn)，且價(jià)格低廉。

閃速存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱閃存，俗稱優(yōu)盤、U盤，能夠達(dá)到擦寫百萬(wàn)次的壽命。閃存輕便小巧，便于攜帶；且由于無(wú)機(jī)械裝置，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、抗震性極強(qiáng)。使用閃存不需要驅(qū)動(dòng)器，只需用一個(gè)USB接口，就可以十分方便地做到文件共享與交流，即插即用，熱插拔也沒問(wèn)題。作為新一代的存儲(chǔ)設(shè)備，閃存具有很好得發(fā)展前景。

（3）緩沖存儲(chǔ)器：簡(jiǎn)稱緩存，位于內(nèi)存與CPU之間，其存取速度非?？?，但存儲(chǔ)容量更小，一般用來(lái)暫時(shí)解決存取速度與存儲(chǔ)容量之間的矛盾，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

1．存儲(chǔ)器的分類2．存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）存儲(chǔ)容量

存儲(chǔ)器中可容納的二進(jìn)制信息量稱為它的存儲(chǔ)容量。二進(jìn)制數(shù)的最基本單位是“位”，是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的最小單位，8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)“字節(jié)”，存儲(chǔ)容量的大小通常都是用字節(jié)來(lái)表示的。由于存儲(chǔ)器容量一般都很大，因此字節(jié)的常用單位還有KB、MB和GB。其中1KB=1024字節(jié)，1MB=1024KB，1GB=1024MB。存儲(chǔ)器容量越大，存儲(chǔ)的信息量也越大，計(jì)算機(jī)運(yùn)行的速度也就越快。內(nèi)存的最大容量是由系統(tǒng)地址總線決定的，內(nèi)存的大小反映了實(shí)際裝機(jī)容量。計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，目前內(nèi)存的實(shí)際裝機(jī)容量通常達(dá)到1GB或2GB。

存儲(chǔ)器內(nèi)存的最大容量是由系統(tǒng)地址總線決定的，內(nèi)存的大小反映了實(shí)際裝機(jī)容量。例如一個(gè)計(jì)算機(jī)，其地址總線為36位，則決定了內(nèi)存允許的最大容量為236=64GB。

（2）存取速度

計(jì)算機(jī)內(nèi)存的存取速度取決于內(nèi)存的具體結(jié)構(gòu)及工作機(jī)制。存取速度通常用存儲(chǔ)器的存取時(shí)間或存取周期來(lái)描述。所謂存取時(shí)間，就是指啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器從操作到完成操作所需要的時(shí)間；存取周期是指兩次存儲(chǔ)器訪問(wèn)所需的最小時(shí)間間隔。存取速度是存儲(chǔ)器的一項(xiàng)重要參數(shù)。一般情況下，存取速度越快，計(jì)算機(jī)運(yùn)行的速度才能越快。

（3）功耗

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器屬于大規(guī)模集成電路，集成度高，體積小，因此散熱不容易。在保證速度的前提下，應(yīng)盡量減小功耗。由于MOS型存儲(chǔ)器的功耗小于相同容量的雙極型存儲(chǔ)器，所以MOS型存儲(chǔ)器的應(yīng)用比較廣泛。

2．存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)

（4）可靠性

存儲(chǔ)器對(duì)電磁場(chǎng)、溫度變化等因素造成干擾的抵抗能力稱其可靠性，也叫電磁兼容性。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器采用大規(guī)模集成電路工藝制造，內(nèi)部連線少，體積小，易于采取保護(hù)措施。與相同容量的其他類型存儲(chǔ)器相比，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器抗干擾能力較強(qiáng)，兼容性較好。

（5）集成度

存儲(chǔ)器芯片的集成度越高，構(gòu)成相同容量的存儲(chǔ)器芯片數(shù)就越少。MOS型存儲(chǔ)器的集成度高于雙極型存儲(chǔ)器，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的集成度高于靜態(tài)存儲(chǔ)器。因此，微型計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器大多采用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。

除上述指標(biāo)外，還有性能價(jià)格比、輸入、輸出電平及成本價(jià)格等指標(biāo)。

2．存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)9.2.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM概述

計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器由ROM和RAM兩部分組成。其中只能讀不能寫的存儲(chǔ)器，稱為只讀存儲(chǔ)器ROM；既能讀又能寫的存儲(chǔ)器，稱可讀寫存儲(chǔ)器RAM，又稱隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

通常ROM中的程序和數(shù)據(jù)是事先存入的，在工作過(guò)程中不能改變，這種事先存入的信息不會(huì)因掉電而丟失，因此ROM常用來(lái)存放計(jì)算機(jī)監(jiān)控程序、基本輸入輸出程序等系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。RAM中的信息則掉電就會(huì)消失，所以主要用來(lái)存放應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫或取出都是隨機(jī)的，通常要按順序隨機(jī)存取。按順序隨機(jī)存取有兩種方式：先進(jìn)先出和后進(jìn)先出。1．RAM的結(jié)構(gòu)

（1）存儲(chǔ)矩陣

存儲(chǔ)矩陣是由許多存儲(chǔ)單元組成的陣列。每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放1位二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器中所存數(shù)據(jù)通常以字為單位，1個(gè)字含有若干個(gè)存儲(chǔ)單元，即含有若干位，其位數(shù)也稱為字長(zhǎng)。存儲(chǔ)器的容量通常以字?jǐn)?shù)和字長(zhǎng)的乘積表示，如1024×4存儲(chǔ)器表示有1024個(gè)字，每個(gè)字4位，共有4096個(gè)存儲(chǔ)單元（容量）。

（2）地址譯碼器

地址譯碼器是將外部給出的地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，找到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元。通常根據(jù)存儲(chǔ)單元所排列的矩陣形式，將地址譯碼器分成行譯碼器和列譯碼器。

（3）輸入/輸出控制

輸入/輸出控制也稱讀/寫控制，是數(shù)據(jù)讀取和寫入的指令控制。當(dāng)讀/寫控制信號(hào)R/W=1時(shí)，執(zhí)行讀出操作，將被選中的存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù)送到輸入/輸出（I/O）端上。當(dāng)R/W=0時(shí)，執(zhí)行寫入操作，將I/O端上的數(shù)據(jù)寫入被選中的存儲(chǔ)單元中。

為片選信號(hào)端，當(dāng)RAM中的片選信號(hào)

＝“1”時(shí)，RAM被禁止讀寫，處于保持狀態(tài)；當(dāng)

＝“0”時(shí)，RAM可在讀/寫控制輸入R/的作用下作讀出或?qū)懭氩僮鳌?．RAM的結(jié)構(gòu)2．集成RAM簡(jiǎn)介

（1）集成靜態(tài)存儲(chǔ)器2114

集成靜態(tài)存儲(chǔ)器2114是一個(gè)通用的MOS集成靜態(tài)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)單元由六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元組成，有4096個(gè)（1024×4）存儲(chǔ)單元，下圖為其邏輯符號(hào)及外引線圖。（1）集成靜態(tài)存儲(chǔ)器2114

2114RAM有10根地址線，可訪問(wèn)1024(210)個(gè)字。它有常見的片選(CS)和讀/寫允許（R/W）控制輸入端。當(dāng)RAM處于寫模式時(shí)，CS為低電平。R/W為低電平，這時(shí)I/O1、I/O2、I/O3和I/O4為輸入數(shù)據(jù)信號(hào)；當(dāng)RAM處于讀模式時(shí)，CS為低電平，R/W為高電平，I/O1、I/O2、I/O3和I/O4為輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。2114RAM電源電壓為+5V，采用NMOS技術(shù)，三態(tài)輸出，時(shí)間是50～450ns。

（2）存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展

RAM的容量由地址碼的位數(shù)n和字的位數(shù)m共同決定。因此常用的容量擴(kuò)展法有位擴(kuò)展、字?jǐn)U展和字位擴(kuò)展三種形式。

①位數(shù)的擴(kuò)展：當(dāng)存儲(chǔ)器的實(shí)際字長(zhǎng)已超過(guò)RAM芯片的字長(zhǎng)時(shí)，需要對(duì)RAM進(jìn)行位擴(kuò)展。可利用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)：用兩片2114RAM來(lái)擴(kuò)展為8位字長(zhǎng)存儲(chǔ)器，就是在大多數(shù)微機(jī)中所說(shuō)的1KB存儲(chǔ)器，又稱1024字節(jié)（每個(gè)字節(jié)長(zhǎng)8位）。將RAM的地址線、讀出線和片選信號(hào)線對(duì)應(yīng)地并接在一起，而各個(gè)芯片的輸入/輸出(I/O)線作為字的各個(gè)位線，如圖3所示。

（2）存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展

②字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展：字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可以通過(guò)外加譯碼器控制芯片的片選輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)，如用3線8線譯碼器可將8個(gè)1K×4的RAM芯片擴(kuò)展成8K×4的存儲(chǔ)器。

【例】有（1024B×4）RAM集成芯片一個(gè)，該RAM有多少個(gè)存儲(chǔ)單元？有多少條地址線？含有多少個(gè)字？其字長(zhǎng)是多少位？訪問(wèn)該RAM時(shí)，每次會(huì)選中幾個(gè)存儲(chǔ)單元？

答：該RAM集成芯片有4096個(gè)存儲(chǔ)單元；地址線為10根；含有1024個(gè)字，字長(zhǎng)是4位；訪問(wèn)該RAM時(shí)，每次會(huì)選中4個(gè)存儲(chǔ)單元。9.2.3可編程邏輯器件概述

可編程邏輯器件屬于只讀存儲(chǔ)器ROM，其方框圖與RAM相似。ROM將RAM的讀寫電路改為輸出電路；ROM的存儲(chǔ)單元由一些二極管、MOS管及熔絲構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。

1．ROM的結(jié)構(gòu)組成

ROM通常由地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣、讀出電路（輸出緩沖器）和芯片選擇邏輯等組成。

只讀存儲(chǔ)器在工作時(shí)只能進(jìn)行讀出操作，結(jié)構(gòu)原理如圖。

只讀存儲(chǔ)器ROM的特點(diǎn)是存儲(chǔ)單元簡(jiǎn)單，集成度高，且掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。2．ROM的分類

按照數(shù)據(jù)寫入的方式不同，ROM可分為固定ROM、現(xiàn)場(chǎng)可編程ROM、光可擦除可編程ROM（EPROM）、電可擦除可編程ROM（E2PROM）和FLASH存儲(chǔ)器。

固定ROM存放的數(shù)據(jù)是由生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)寫入的，用戶在使用時(shí)無(wú)法再改變。

可編程ROM存放的數(shù)據(jù)是由用戶以一定的方式將數(shù)據(jù)寫入芯片的。

（1）一次可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）：用戶可根據(jù)需要改寫存儲(chǔ)器單元，但只能改寫一次，簡(jiǎn)寫為PROM。顯然，這限制了PROM的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)幾乎不再使用。2．ROM的分類

（2）可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）：可多次擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM。如紫外線擦除型的可編程只讀存儲(chǔ)器，其上方有一個(gè)石英玻璃窗口，當(dāng)需要改寫時(shí)，將它放在紫外線燈光下照射15～20min便可使擦除單元恢復(fù)到初始狀態(tài)，又可以寫入新的內(nèi)容。

（3）電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）：電擦除的E2PROM既可以在掉電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)，又可以隨時(shí)改寫寫入的數(shù)據(jù)，使用十分方便。某重復(fù)擦除和改寫的次數(shù)可達(dá)1萬(wàn)次以上解決了EPROM操作手續(xù)多、耗時(shí)長(zhǎng)，而且編程電壓高，安全性差的問(wèn)題。2．ROM的分類

（4）閃速存儲(chǔ)器：又稱FLASH存儲(chǔ)