大规模集成电路上.ppt
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1、第第7章章 大规模数字集成电路大规模数字集成电路3.7.1 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)3.7.2 只读存储器只读存储器(ROM)3.7.4 高密度高密度PLD器件应用举例器件应用举例 3.7.3 高密度可编程逻辑器件简介高密度可编程逻辑器件简介 常用大规模数字集成电路常用大规模数字集成电路 半导体存储器半导体存储器 微处理器微处理器 大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件 大规模专用数字集成电路大规模专用数字集成电路(ASIC)本章主要介绍半导体存储器和大规模可编程本章主要介绍半导体存储器和大规模可编程逻辑器件的结构及使用方法。逻辑器件的结构及使用方法。3.7.1 随机存取存储器
2、(随机存取存储器(RAM)存储大量二进制信息的器件存储大量二进制信息的器件 软磁盘软磁盘 硬磁盘硬磁盘 磁带磁带 光盘光盘 半导体存储器半导体存储器 半导体存储器特点半导体存储器特点容量扩充方便容量扩充方便 存取速度快存取速度快集成度高集成度高体积小体积小功耗低功耗低半导体存储器特点半导体存储器特点随机存取存储器随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)只读存储器只读存储器(ROM,Read Only Memory)RAM特点:特点:操作者能操作者能任意任意选中存储器中的某个地址单元,对该选中存储器中的某个地址单元,对该地址中的信息进行地址中的信息进行读出读出操作或操作
3、或写入写入新的信息。新的信息。根据根据RAM的工作特点可见,计算机中的的工作特点可见,计算机中的内存条内存条就是就是一种随机存取存储器一种随机存取存储器RAM。读出操作时原信息保留;写入新信息时,新信息将读出操作时原信息保留;写入新信息时,新信息将取代原信息。取代原信息。电路一旦电路一旦失电,信息全无失电,信息全无;恢复供电后,原信息不;恢复供电后,原信息不能恢复,能恢复,RAM中的信息为随机数。中的信息为随机数。半导体存储器通常与微处理器直接相连,用于存放半导体存储器通常与微处理器直接相连,用于存放微处理器的微处理器的指令指令、数据数据。一、一、RAM的一般结构和读写过程的一般结构和读写过程
4、1.RAM的一般结构的一般结构RAM由由存储体存储体、行列地址译码器行列地址译码器、I/O及读及读/写控制写控制电路三部分电路电路三部分电路组成。组成。列地址译码器列地址译码器行行地地址址译译码码器器 Bm-1 Bm-2 B0An-1An-2A0I/O及读写控制及读写控制 片选片选 I/O控制控制数数据据输输入入/输输出出存储体存储体存储单元存储单元存储体:存储体:是存放大量二进制信息的是存放大量二进制信息的“仓库仓库”,由成千上万个存储单,由成千上万个存储单元组成。而每个基本存储单元存放着一位二进制数元组成。而每个基本存储单元存放着一位二进制数0或或1。一个基本存储单元一个基本存储单元(1位
5、位)i行行j列列i行行j列列一个存储单元一个存储单元(四个基本存储单元四个基本存储单元)(4位位)一个地址码可以同时指定多个存储单元,一个地址码可以同时指定多个存储单元,即一次即一次“写入写入”或或“读出读出”的数是一个多位二进制数。的数是一个多位二进制数。存储器的容量就是基本存储器的容量就是基本存储单元的个数。表示为存储单元的个数。表示为M字字N位位。其中,其中,M个字是全部个字是全部地址码所能指定的字数,地址码所能指定的字数,N位就是一个地址码一次能指定的位就是一个地址码一次能指定的存储单元的个数。存储单元的个数。例如,一个例如,一个10位地址的位地址的RAM,共有,共有210个存储单元,
6、若每个个存储单元,若每个存储单元存放一位二进制信息,则该存储单元存放一位二进制信息,则该RAM的容量就是的容量就是2101=1024字位,通常称字位,通常称1K字位。若每个存储单元存放字位。若每个存储单元存放4位位二进制信息,则该二进制信息,则该RAM的容量就是的容量就是2104=4096字位字位行、列地址译码器:行、列地址译码器:是二进制译码器,将地址码翻译成行列对应的具体是二进制译码器,将地址码翻译成行列对应的具体地址,指明对哪个存储单元进行读写操作。地址,指明对哪个存储单元进行读写操作。例如,一个例如,一个10位的地址码位的地址码A4A3A2A1A0=00101、B4B3B2B1B0=0
7、0011时,则将对应于第时,则将对应于第5行第行第3列的存列的存储单元被选中。储单元被选中。I/O及读及读/写控制电路:写控制电路:读读/写控制电路决定是读出存储器中的信息还是将写控制电路决定是读出存储器中的信息还是将新信息写入存储器中。新信息写入存储器中。输入输入/输出缓冲器起数据锁存作用,通常采用三态输出缓冲器起数据锁存作用,通常采用三态输出的电路结构。因此,输出的电路结构。因此,RAM可以与外面的可以与外面的数据总数据总线线电路相连接,实现信息的双向传输。电路相连接,实现信息的双向传输。2.RAM的读的读/写过程写过程访问某地址单元的地址码有访问某地址单元的地址码有效,加入你想去访问的具
8、体效,加入你想去访问的具体地址:如地址:如A9A0=0D3H=0011010011B。片选有效:片选有效:CS=0,选中该片选中该片RAM为工作状态。为工作状态。读读/写操作有效:写操作有效:WE=1,读读出信息;出信息;WE=0,写入信息。写入信息。二、二、RAM中的存储单元中的存储单元按照数据存取的方式不同,按照数据存取的方式不同,RAM中的存储单元分中的存储单元分为两种:为两种:静态静态存储单元存储单元静态静态RAM(SRAM,Static RAM)动态动态存储单元存储单元动态动态RAM(DRAM,Dynamic RAM)1.静态存储单元静态存储单元(SRAM)典型结构典型结构存储单元存
9、储单元I/O缓冲及缓冲及控制电路控制电路三、静态三、静态RAM的容量扩展的容量扩展当静态当静态RAM的地址线和数据线不能与微机相匹配时,的地址线和数据线不能与微机相匹配时,可用可用地址线扩展地址线扩展、数据线扩展数据线扩展、线地址和数据线同时线地址和数据线同时进行扩展进行扩展的方法加以解决。的方法加以解决。位数扩展位数扩展(数据线扩展)数据线扩展)A05A16A27A34A43A52A61A717A816A915CS8WE10I/O0I/O1I/O2I/O314131211地址有效有效有效高阻态输入输出CSWEI/O3I/O010010RAM 2114:10位地址,位地址,4位数据线,容量为位
10、数据线,容量为2104=10244=4096字位(字位(4K字位)。字位)。用用4K容量的容量的RAM2114,实现一个容量为,实现一个容量为10248 字字位位(8K字位字位)容量的容量的RAM。选用选用RAM2114两片,将两片的地址线、读两片,将两片的地址线、读/写线写线及片选线并联,两片的数据分别作为高及片选线并联,两片的数据分别作为高4位数据位数据和低和低4位数据,即可组成位数据,即可组成8位的数据线。位的数据线。【例】【例】解:解:字扩展字扩展 (地(地址址线扩展)线扩展)A A1010=0=0时时,地址范围为地址范围为A A1010A A9 9A A0 0=(0000000000
11、0=(0000000000001111111111)01111111111)B B或或(000(000 3FF)3FF)H HA A1010=1=1时时,地址范围为地址范围为A A1010A A9 9A A0 0B B或或(0400(04007FF)7FF)H HRAM1工作工作RAM2工作工作RAM的字位扩展的字位扩展【例】【例】将将RAM2114扩展成容量为扩展成容量为40968字位(字位(32K字字位)的位)的RAM。解:解:4096个字需要个字需要12位地址,而位地址,而RAM2114只有只有10位位地址,所以需要进行地址扩展,同时还应将地址,所以需要进行地址扩展,同时还应将4位,扩位
12、,扩展成展成8位。位扩展同前,地址扩展用译码器完成,共位。位扩展同前,地址扩展用译码器完成,共需用需用8片片RAM2114。3.7.2 只读存储器只读存储器ROM只读存储器只读存储器ROM中的信息不能轻易地更改。中的信息不能轻易地更改。一经写入,只能读出。即使掉电,原存储的内容仍一经写入,只能读出。即使掉电,原存储的内容仍然不变。然不变。一旦恢复供电,信息能完全复原一旦恢复供电,信息能完全复原。一、只读存储器的一般结构一、只读存储器的一般结构 地址译码器地址译码器是一个二进制是一个二进制全译码电路,即是一个不全译码电路,即是一个不可编程的可编程的“与与”阵列阵列。存储体存储体是一个是一个“或或
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