数字电路第8章存储器
第八章扩展存储器方案
#1楼
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常用的存储器地址分配的方法有3种：全译码、部分译码和线选 法。
1. 全译码 利用系统的全部的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯 片）的片选信号。 特点：地址与存储单元一一对应，地址空间的利用率高。
例8-1： 利用全译码为80C51扩展16KB的外部数据存储器，存 储芯片选用SRAM6264，要求外部数据存储器占用从0000H开 始的连续地址空间。
读选通、写选通信号。
思考题： 请问执行 MOVX A,@DPTR指令时，RD和WR引脚的状态？
8.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器
8.3.1 存储器地址空间分配
存储器空间分配除考虑地址线连接外，还讨论各存储器芯片在整个存 储空间中所占据的地址范围。
单片机地址总线为16条，可寻址的最大空间为64KB，用户可根据系统的 需要确定扩展存储器容量的大小。
使用MOVX A,@Ri和MOVX @Ri,A。这时通过P0口输出Ri中 的内容（低8位地址），而把P2口原有的内容作为高8位地址 输出。
例8-4 将程序存储器中以TAB为首址的32个单元的内容依次传 送到外部RAM以7000H为首地址的区域去。
分析：DPTR指向标号TAB的首地址。R0既指示外部RAM的地址， 又表示数据标号TAB的位移量。本程序的循环次数为32，R0 的值：0～31，R0的值达到32就结束循环。程序如下：
MOV P2,#70H MOV DPTR,#TAB MOV R0,#0 AGIN: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOVX @R0,A INC R0 CJNE R0,#32,AGIN HERE: SJMP HERE TAB: DB ……
第八章 数字集成电路基本单元及版图(续)
漏极开路输出单元
如果希望系统支持多个集成电路的正常逻辑 输出同时到总线以实现某种操作，就必须对集成 电路的输出单元进行特殊的设计以支持“线逻 辑”。同时，总线也将做适当的改变。 漏极开路输出单元结构就是其中的一种。下 图给出了两种漏极开路结构的输出单元，其中 （a）图的内部控制信号是通过反相器反相控制 NMOS管工作的方式，（b）图是同相控制的方 式。
动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
主要指标：存储容量、存取速度。
存储容量: 用字数×位数表示，也可只用位数表 示。如，某动态存储器的容量为109位/片。 存取速度：用完成一次存取所需的时间表示。 高速存储器的存取时间仅有10ns左右。
存储单元的等效电路（1）
字线 字线
VP 位线 (a) DRAM 位线 (b) SRAM 位线
漏极开路输出单元
（a）反相器反相控制方式
（b）同相控制的方式
漏极开路结构实现的线逻辑
Vcc bi
A1
A2
目的：减少电 AN
表达式为
路结构和成本
bi A1 A 2 A N A1 A 2 A Nห้องสมุดไป่ตู้
输入、输出双向三态单元（I/O PAD）
在许多应用场合，需要某些数据端同时具有输入、输 出的功能，或者还要求单元具有高阻状态。在总线结构的 电子系统中使用的集成电路常常要求这种I/O PAD。下 图是一个输入、输出双向三态的I/O PAD单元电路。
存储单元的等效电路（2）
字线 Cut 位线 (c) 熔丝型ROM 位线 (d) EROM(EEPROM) 位线 (e) FRAM 字线 浮栅 字线
DRAM
随着高密度存储器的不断发展，存 储单元尺寸逐渐减小，这种趋势使得结 构简单的动态RAM成为首选。 DRAM单元发展过程中出现几个阶 段，这些阶段的发展使得DRAM的单元 面积越来越小。
课后习题答案第8章_存储器和可编程逻辑器件
第8章半导体存储器和可编程逻辑器件8-1存储器按读写功能以及信息的可保存性分别分为哪几类？并简述各自的特点。
解答：存储器按读写功能可分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
随机存取存储器在工作过程中，既可从其任意单元读出信息，又可以把外部信息写入任意单元。
因此，它具有读、写方便的优点，但由于具有易失性，所以不利于数据的长期保存。
只读存储器在正常工作时其存储的数据固定不变，只能读出，不能随时写入。
ROM为非易失性器件，当器件断电时，所存储的数据不会丢失。
存储器按信息的可保存性可分为易失性存储器和非易失性存储器。
易失性存储器在系统关闭时会失去存储的信息，它需要持续的电源供应以维持数据。
非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。
8-2什么是SRAM？什么是DRAM？它们在工作原理、电路结构和读/写操作上有何特点？解答：SRAM（Static Random Access Memory）为静态随机存储器，其存储单元是在静态触发器的基础上附加控制电路构成的。
DRAM（Dynamic Random Access Memory）为动态随机存储器，常利用MOS管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器，为了避免存储信息的丢失，必须定时地对电路进行动态刷新。
SRAM的数据由触发器记忆，只要不断电，数据就能保存，但其存储单元所用的管子数目多，因此功耗大，集成度受到限制。
DRAM一般采用MOS管的栅极电容来存储信息，由于电荷保存时间有限，为避免存储数据的丢失，必须由刷新电路定期刷新，但其存储单元所用的管子数目少，因此功耗小，集成度高。
SRAM速度非常快，但其价格较贵；DRAM的速度比SRAM慢，不过它比ROM 快。
8-3若RAM的存储矩阵为256字⨯4位，试问其地址线和数据线各为多少条？解答：存储矩阵为256字⨯4位的RAM地址线为8根，数据线为4根。
8-4某仪器的存储器有16位地址线，8位数据线，试计算其最大存储容量是多少？解答：最大存储容量为216⨯8=524288=512k bit（位）8-5用多少片256⨯4位的RAM可以组成一片2K⨯8位的RAM？试画出其逻辑图。
数字电子技术基础习题册答案
第7章 时序逻辑电路【7-1】已知时序逻辑电路如图所示，假设触发器的初始状态均为0。
(1 )写出电路的状态方程和输出方程。
(2) 分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，说明其逻辑功能。
(3) 画出X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形。
1J 1KC11J 1KC1Q 1Q 2CPXZ1图解：1．电路的状态方程和输出方程n 1n2n 11n 1Q Q Q X Q +=+n 2n 11n 2Q Q Q ⊕=+ CP Q Q Z 21=2．分别列出X =0和X =1两种情况下的状态转换表，见题表所示。
逻辑功能为 当X =0时，为2位二进制减法计数器；当X =1时，为3进制减法计数器。
3．X =1时，在CP 脉冲作用下的Q 1、Q 2和输出Z 的波形如图(b)所示。
题表Q Q Z图(b)【7-2】电路如图所示，假设初始状态Q a Q b Q c =000。
(1) 写出驱动方程、列出状态转换表、画出完整的状态转换图。
(2) 试分析该电路构成的是几进制的计数器。
Q c图解：1．写出驱动方程1a a ==K J ncn a b b Q Q K J ⋅== n b n a c Q Q J = n a c Q K = 2．写出状态方程n a 1n a Q Q =+ n a n a n a n a n c n a 1n b Q Q Q QQ Q Q +=+ nc n a n c n b n a 1n b Q Q Q Q Q Q +=+3．列出状态转换表见题表，状态转换图如图(b)所示。
图7.2(b)表7.2状态转换表CP na nbc Q Q Q 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 16 0 0 0n4．由FF a 、FF b 和FF c 构成的是六进制的计数器。
【7-3】在二进制异步计数器中，请将正确的进位端或借位端（Q 或Q ）填入下表解：题表7-3下降沿触发 由 Q 端引出进位 由Q 端引出借位触发方式 加法计数器 减法计数器上升沿触发 由Q 端引出进位 由Q 端引出借位【7-4】电路如图(a)所示，假设初始状态Q 2Q 1Q 0=000。
数字电路第8章存储器
说，它的存储容量为2 n×m位。
存储器的容量＝字数×位数 或门阵列来实现。
ROM的容量由
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2. 4×4ROM的电路结构和简化框图
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数字电路第8章存储器
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数字电路第8章存储器
单位有位、字节、字、字长等的基本概念。
（1）位
计算机系统中，一个二进制的取值单位称为 二进制位，简称“位”，用b表示（bit的缩写），是表 示信息的最小单位。
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（2）字节
通常将8个二进制位称为一个字节，即连续8个 比特，就是一个字节。简称B（Byte的缩写），是 表示的基本单元。在微型计算机中，往往以字节 为单位来表示文件或数据的长度以及存储器容量 的大小。除此之外，还可用K，M，G或T为单位。 例如，一台电脑的内存是128兆字节，就是说这台 电脑有128个百万字节的内存。
3. 4×4ROM电路的工作原理
（1）当使能控制S＝1时，A0、A1在“00～11”中 取值，W0～W3中必有一根被选中为“1”。此时，若 位线与该字线交叉点上跨接有二极管，则该二极管 导通，使相应的位线输出为“1”；若位线与字线交叉 点无二极管，则相应的位线输出为“0”。
存储器（Memory ）：是数字系统中记忆大量 信息的部件。
存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及 各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存 储信息的仓库。
典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的 存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数 码和信息。
随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体 存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛 应用于各种数字系统中。
随机存储器RAM和顺序存储器
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图8.2.9 Flotox管结构图和符号
图8.2.12 闪烁存储器中叠栅 MOS管的结构图和符号
Flotox 管与 SIMOS 管相 似，也是 N 沟道增强型 MOS 管 ，具有隧道效 应。
闪烁存储器由闪烁叠栅 MOS 管 构成，结构与 SIMOS 管相似， 区别在于浮置栅与衬底间氧化层 的厚度不同， EPROM 中的氧化 层厚度一般为 30 ～ 40nm ，而在 闪烁存储器中仅为 10 ～ 15nm 。 功耗低、擦写便捷。
VDD 字线
T
熔丝F 位线 数据线 R D
熔丝的通断状态与是否通电 无关，因为正常工作电压远低 图8.2.5 PROM的基本存储单元 于编程电压。
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8.2.4可擦除的可编程只读存储器
根据擦除手段和条件的不同， EPROM 又可分 为 UVEPROM 、 E2PROM 和 Flash 三 种 ， 其 中 UVEPROM常简称为EPROM。
解：（1）
写出各函数的标准与或表达式，按A、B、C、
D顺序排列变量，将Y1、Y2扩展成为四变量逻辑函数。则最 小项表达式为：
Y1 m（2， 3， 4， 5， 8， 9， 14， 15 ）
Y2 m（6， 7， 10， 11 ， 14， 15 ）
脉冲与数字电路第八章 存储器与可编程逻辑器件
阵。
为 了存 取方便 ， 给 它们编上号。
32 行 编 号 为 X0 、
X1、…、X31， 32 列 编 号 为 Y0 、
Y1、…、Y31。
这 样每 一个存 储 单 元都有了一个固
定的编号，称为
地址。
2 ．地址译码器 —— 将寄存器 地址所对应的二进制数译 成有效的行选信号和列选 信号，从而选中该存储单 元。
8.2 随机存取存储器（RAM）
一． RAM的基本结构
由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、 片选控制等几部分组成。
地 址 码 输 入 片选 读 /写 控 制 输 入 /输 出 地 址 译 码 器
存 储矩 阵
读 /写 控 制器
1. 存储矩阵
图 中 ， 1024 个 字 排 列成 32×32 的矩
1．位扩展
三． RAM的容量扩展
用8片1024（1K）×1位RAM构成的1024×8位RAM系统。
I/O 0 I/O 1024×1R AM A0 A1 A0 A1 A9 R /W CS I/O1 I/O 1024×1R AM A0 A1 I/O7
... A
9
R /WC S
... A
...
I/O 1024×1R AM A0 A 1
tW C
ADD CS
写入单元的地址
R/W
t AS
tW P t
WR
I/O
写入数据
t DW t DH
读出操作过程如下： （1）欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端； （2）加入有效的选片信号CS； （3）将待写入的数据加到数据输入端。 （3）在 线上加低电平，进入写工作状态； （4）让选片信号CS无效，I/O端呈高阻态。
数字电子技术第8章存储器与可编程逻辑器件习题及答案
第8章存储器与可编程逻辑器件8.1存储器概述自测练习1．存储器中可以保存的最小数据单位是（）。
（a）位（b）字节（c）字2．指出下列存储器各有多少个基本存储单元？多少存储单元？多少字？字长多少？（a） 2K×8位（）（）（）（）（b） 256×2位（）（）（）（）（c） 1M×4位（）（）（）（）3．ROM是（）存储器。
（a）非易失性（b）易失性（c）读/写（d）以字节组织的4．数据通过（）存储在存储器中。
（a）读操作（b）启动操作（c）写操作（d）寻址操作5．RAM给定地址中存储的数据在（）情况下会丢失。
（a）电源关闭（b）数据从该地址读出（c）在该地址写入数据（d）答案（a）和（c）6．具有256个地址的存储器有（ ）地址线。
（a）２５６条（b）６条（c）8条（d）16条7．可以存储２５６字节数据的存储容量是（ ）。
（a）２５６×１位（b）２５６×８位（c）１Ｋ×４位 （d）２Ｋ×１位答案：1．a2．（a）2048×8；2048；2048；8（b）512；256；256；2（c）1024×1024×4；1024×1024；1024×1024；43．a4．c5．d6．c7．b8.2随机存取存储器（RAM）自测练习1.动态存储器（DRAM）存储单元是利用（）存储信息的，静态存储器（SRAM）存储单元是利用（）存储信息的。
2.为了不丢失信息，DRAM必须定期进行（）操作。
3.半导体存储器按读、写功能可分成（）和（）两大类。
4.RAM电路通常由（）、（）和（）三部分组成。
5.6116RAM有（）根地址线，（）根数据线，其存储容量为（）位。
答案：1．栅极电容，触发器2．刷新3．只读存储器，读/写存储器4．地址译码，存储矩阵，读/写控制电路5．11，8，2K×8位8.3 只读存储器（ROM）自测练习1．ROM可分为（）、（）、（）和（）几种类型。
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【本章讲授主要内容】
1.存储器的概念 2.只读存储器（ROM） 3.可编程序逻辑阵列（PLA） 4.随机存取存储器（RAM） 【本章重点难点】
1.重点：RAM存储器的工作原理、扩展， ROM的工作原理以及存储器版
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第一节 存储器的概念 一、存储器的定义
存储器（Memory ）：是数字系统中记忆大量 信息的部件。
存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及 各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存 储信息的仓库。
典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的 存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数 码和信息。
随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体 存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛 应用于各种数字系统中。
（1）位
计算机系统中，一个二进制的取值单位称为 二进制位，简称“位”，用b表示（bit的缩写），是 表示信息的最小单位。
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（2）字节
通常将8个二进制位称为一个字节，即连续8个 比特，就是一个字节。简称B（Byte的缩写），是 表示的基本单元。在微型计算机中，往往以字节 为单位来表示文件或数据的长度以及存储器容量 的大小。除此之外，还可用K，M，G或T为单位。 例如，一台电脑的内存是128兆字节，就是说这台 电脑有128个百万字节的内存。
2. 内存储器（主存储器）
内存储器是数据和代码的临时存放设备，存放 输入／输出数据以及CPU进行计算、处理的数据。
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内存储器可分为RAM（Random Access Memory ，随 机存储器）和ROM（Read Only Memory ，只读存储 器）。目前，内存储器一般为半导体存储器。
（1）随机存储器RAM
RAM的特点是可读可写，但关机后存储的信 息将自动消失。RAM又分为动态存储器DRAM （Dynamic Random Access Memory ）和静态存储器 SRAM（Static Random Access Memory ）。
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◆动态存储器DRAM DRAM主要用于主存储器（俗称内存条）的制造。 ◆静态存储器SRAM
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二、存储器的分类 从信息的存取情况来分，可分为：
存储器（Memory）
随机存取存储器（RAM） Random Access Memory
只读存储器（ROM） Read Only Memory
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1.随机存取存储器（RAM） 在操作过程中能任意“读取”某个单元信息，
或在某个单元“写入”需存储的信息，常称为“读 写存储器”。
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3.外存储器
外存储器与内存储器相比，存储容量大，可 靠性高，价格低，在脱机情况下可永久保存信息。 但速度较内存储器慢得多，它属外部设备。
主要有：软盘存储器、硬盘、光盘等。
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第二节 只读存储器（ROM）
只读存储器(ROM)中的信息一旦写入，在正常 工作时，只能读出信息而不能修改，其所存信息在 断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。
个基本存储电路的位线（D0～Dm－1），即可读出存 储单元的内容。对于有n位地址和m位字长的ROM来
说，它的存储容量为2 n×m位。
存储器的容量＝字数×位数 或门阵列来实现。
ROM的容量由
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2. 4×4ROM的电路结构和简化框图
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3. 4×4ROM电路的工作原理
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1KB＝210B＝1024B 1MB＝1024KB 1GB＝1024MB 1TB＝1024MB
如IBM－PC各微型机的基本内存空间是640KB。 常用的3.5HD软盘容量是1.44MB，硬盘容量有 1GB、4GB、6GB、10GB、20GB、30GB、40GB、 80GB等。
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（3）字
计算机在执行存储、传送等操作时，作为一 个整体单位进行操作的一组二进制，称为一个 计算机字，简称字。计算机的存储器中，每个 单元通常存储一个字，因此，每个字都是可以 寻址的。
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（4）字长
每个字所包含的位数称为字长。由于字长是计 算机一次可处理的二进制数的位数，所以，它与计 算机处理数据的速率有关，是衡量计算机性能的一 个重要因素。如，APPLEII等微型机的字长是8位， 称为8位机，IBM－PC／AT微机是16位机，486、 586微型机是32位机等。一般计算机的字长越大，其 性能越高。
（1）当使能控制S＝1时，A0、A1在“00～11” 中取值，W0～W3中必有一根被选中为“1”。此时， 若位线与该字线交叉点上跨接有二极管，则该二极
管导通，使相应的位线输出为“1”；若位线与字线 交叉点无二极管，则相应的位线输出为“0”。
SRAM主要用于高速缓存，其存取速度比 DRAM分快得多。
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（2）只读存储器ROM
ROM中通常用来存放一些不能改写而用于管理 机器本身的监控程序和其它基本的服务程序。它存 储的信息一般由厂商在制造时写入的。如主板上用 以存储基本输入输出系统——BIOS的ROM。 （BIOS是电脑基本输入输出系统），在开机时， CPU首先执行ROM BIOS中的指令来搜索磁盘上的 操作系统文件。早期的ROM不能改写，随着科学技 术的发展，ROM中的数据已经可以更新。
一、功能与结构
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1.只读存储器（ROM）的结构
ROM的一般结构，它由地址译码器、存储矩阵
和读出电路三部分组成。图中n位地址（A0～An－1） 经译码器译出后使2n字线
（W0～ W 2n 1 ）中的一条有效，从而在存储矩阵2n 个存储单元中选中其中之一。通过被选通单元的m
2.只读存储器（ROM） 在正常工作时，它存储的数据固定不变，存储器
的数据只能读出，不能写入。要在存储器中存入数 据，须具备特定的条件。
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三、计算机中信息的表示方法
1.信息单位
计算机系统中，对信息表示的
单位有位、字节、字、字长等，它们是用来表示信
息的量的大小以及信息存储传输方式的基本概念。