半导体存储器(触发器)

考研数字电子技术半导体存储器(触发器)总结笔记，存储器的种类虽然很多，但它们的基本结构形式都是由存储矩阵和读/写控制电路两部分组成的。包含各类触发器的介绍和应用。

半导体存储器

• 存储器的种类虽然很多，但它们的基本结构形式都是由存储矩阵和读/写控制电路两部分组成的。 存储单元：只能存储一位数据的电路 寄存器：用于存储一组数据的存储电路 存储器：用于存储大量数据的存储电路
• 按存储单元分
  • 动态存储单元
    • 动态存储单元则是利用电容的电荷存储效应来存储数据的。由于电容的充放电需要一定的时间，因而它的工作速度低于静态存储单元。而且，电容上存储的电荷会随着时间的推移而逐渐泄漏，必须定期进行“刷新”（即将原来的数据重新写入），才能保证数据不会丢失。虽然如此，由于动态存储单元的电路结构十分简单，所以仍然被广泛用于大容量的存储器当中。
  • 静态存储单元
    • 由门电路连接而成，只要不切断供电电源，静态存储单元的状态会一直保持下去
    • 锁存器
      • RS锁存器(基本RS锁存器)
        • 两个或非门组成
          • 在正常工作时输入信号应遵守SDRD=0的约束条件，亦即不允许输入SD=RD=1的信号。  
        • 两个与非门组成
          • 在正常工作时同样应当遵守SDRD=0的约束条件，即不应加以S'=R'=0的输入信号。  
    • 触发器
      • 触发器与锁存器的不同在于，它除了置1、置0输入端以外，又增加了一个触发信号输入端。只有当触发信号到来时，触发器才能按照输入的置1、置0信号置成相应的状态，并保持下去。我们将这个触发信号称为时钟信号（CLOCK），记作 CLK。当系统中有多个触发器需要同时动作时，就可以用同一个时钟信号作为同步控制信号了。
      • 按工作方式分
        • 电平触发
          • 动作特点
            • ①只有当CLK变为有效电平时，触发器才能接受输入信号，并按照输入信号将触发器的 输出置成相应的状态。 ②在CLK=1的全部时间里，S和R状态的变化都可能引起输出状态的改变。在CLK回到0 以后，触发器保存的是CLK回到0以前瞬间的状态。 综上，如果在CLK=1期间S、R的状态多次发生变化，那么触发器的状态也将发生多次翻转，这就降低了触发器的抗干扰能力。
          • (同步)电平触发RS触发器(门控RS锁存器)
            • 电路组成与工作原理
              • 
              • 在由两个与非门构成的RS触发器的基础上，增加了由时钟CLK控制的与非门，分别连接S、R输入信号，R、S高电平有效
            • 逻辑符号
              • 
            • 特性表
              • 
            • 特性方程
              • 
            • 状态转换图
              • 
            • 例题
              • 
              • 分时撤销
                • 取决于后撤信号，跟正常状态相同的分析
              • 同时撤销
                • 状态不定(竞态)，取决于实际器件的延时
              • 注意：当S=R=1时，CLK突然撤销，状态也是不定
            • 带异步置位、复位端的
              • 
              • 功能说明
                • 
              • 注意事项
            • 优缺点
              • 
              • 空翻现象
                • 输入多次变换，使得输出也多次变换的现象
          • 电平触发D触发器(D型锁存器)
            • 
            • 逻辑符号
              • 
            • 特性表
              • 
            • 特性方程
              • 
            • 状态转换图
              • 
            • 例题
              • 
            • 特点
              • 
        • 边沿触发
          • 动作特点
            • ①只在时钟脉冲CLK(CP)的上升沿或下降沿接收输入信号，而在CLK=1及CLK=0期间以及CLK非约定边沿，触发器不接收数据，保持原态不变。 ②有效地提高了触发器的抗干扰能力，因而也提高了电路的工作可靠性
          • 边沿触发D触发器
            • 电路组成与工作原理
              •  
              • 将两个同步D触发器连在一起，再通过一个非门连接两个D触发器的CLK端
              • 上升沿
                • 
              • 下降沿
                • 
            • 特性表
              • 
            • 特性方程
            • 例题
              • 
          • 边沿触发JK触发器
            • 电路组成
              •  
            • 特性表
              • 
            • 特性方程
            • 例题
              • 
        • 脉冲触发
          • 脉冲触发RS触发器(主从RS触发器)
            • 
            • 电路组成
              • 
              • 将两个由与非门构成的同步RS触发器，再通过一个非门连接两个同步RS触发器的CLK端
            • 工作原理
              •   
            • 逻辑符号
              • 
            • 特性表
              • 
            • 特征方程
            • 主触发器翻转问题
              • 在CLK=1期间，主触发器的状态发生多次变化，需考虑整个高电平期间输入信号的变化情况，才能确定最终状态。
              • 例题
                • 
            • 优缺点
              • 
          • 脉冲触发JK触发器(主从JK触发器)
            • 电路组成
              • 
              • J输入端连接Q'，K输入端连接Q，各自通过一个与门连接主从RS触发器
            • 逻辑符号
              • 
            • 特性表
              • 
            • 特性方程
            • 一次变化现象
              • 
              • 定义
                • 在CLK=1期间，若J、K信号发生变化，可能会导致主触发器的状态发生变化，但只能变化一次。它最终会造成触发器的错误翻转。为了减少接受干扰的机会，应使CLK=1的宽度尽可能窄。
              • 现象发生的处理方法
                • ①若原态Q=0，则由J信号决定其次态，而与K无关。此时只要CLK=1期间出现过J=1，则CLK下降沿时Q为1。否则Q仍为0。
                • ②若原态Q=1，则由K信号决定其次态，而与J无关。此时只要CLK=1期间出现过K=1，则CLK下降沿时Q为0。否则Q仍为1。
              • 例题
                •  Q'为边沿JK触发器的波形
            • 特点
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              • ①当CLK以高电平为有效信号时，改变发生在CLK的下降沿 ②当CLK以低电平为有效信号时，改变发生在CLK的上升沿
      • 按逻辑功能分
        • RS触发器
          • 
          • 功能说明
            • 保持、置0，置1，禁止(不定)
          • 特性方程
        • JK触发器
          • 
          • 功能说明
            • 保持、置0，置1，翻转
          • 特性方程
        • T触发器
          • 
          • 功能说明
            • 保持、翻转
          • 特性方程
          • 构成方法
            • 将JK触发器的两个输入端连在一起作为T端
        • T'触发器
          • 
          • 功能说明
            • 翻转
          • 特性方程
          • 构成方法
            • 将JK触发器的两个输入端同时接至固定的高点平(即J=K=1)
          • 用途
            • 可构成二分频电路
        • D触发器
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          • 功能说明
            • 置0，置1
          • 特性方程
      • 不同类型触发器的相互转换
        • 转换方法
          • 根据已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则
        • JK触发器
          • JK→RS
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          • JK→D
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          • JK→T
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          • JK→T'
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        • D触发器
          • D→JK
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          • D→T
            • 
          • D→T'
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      • 动态特性
        • ①建立时间tsu
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          • 输入信号应先于时钟信号CLK动作沿到达的时间(至少先于2td)
        • ②保持时间th
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          • 时钟信号CLK动作沿到达后，输入信号仍需要保持不变的时间(th=2td)
        • ③传输延迟时间tpd
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          • 从CLK动作沿到达开始，直到触发器输出的新状态稳定建立所需要的时间
        • ④最高时钟频率fmax
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          • 触发器在连续、重复翻转的情况下，时钟信号可以达到的最高重复频率
• 按工作方式分
  • 随机存储器RAM
    • 静态随机存储器SRAM
      • 采用静态存储单元
    • 动态随机存储器DRAM
      • 采用动态存储单元
  • 只读存储器ROM
    • 只读存储器的工作方式与随机存储器不同，在正常的读/写工作状态下，只能从其中读出所存储的数据。因此，只读存储器一般都用来存储一些固定的数据。只读存储器中又有“掩模ROM"、“可编程ROM"简称PROM，和“可擦除的可编程ROM”简称EPROM，几种不同类型。掩模ROM 中的数据在制作芯片时已经确定，无法更改。而PROM 中的数据可以由用户根据自己的需要写人，但一经写人以后就不能再修改了。EPROM 中的数据则不但可以由用户自己写人，而且还能擦除重写，所以具有更大的使用灵活性。早期的EPROM曾经采用紫外线照射的方法进行擦除，但不仅擦除操作非常费时，而且器件的成本也比较高，所以现在已经完全被使用电信号擦除的EPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM）所取