《数字电子电路原理与应用》课件.ppt

*************************************状态机Moore型状态机Moore型状态机的输出仅由当前状态决定，与当前输入无关。这种特性使Moore型状态机在工作时更稳定、更容易分析，但通常需要更多的状态来实现相同的功能。在Moore型状态机的状态图中，输出值通常标注在状态节点内部，表示该状态对应的输出。由于输出只随状态变化，因此Moore型状态机的输出变化总是落后于输入变化一个时钟周期。Mealy型状态机Mealy型状态机的输出由当前状态和当前输入共同决定。这种特性使Mealy型状态机通常需要较少的状态，但输出可能会出现毛刺，因为输入的变化会立即影响输出。在Mealy型状态机的状态图中，输出值通常标注在状态转换边上，表示在该输入条件下从一个状态转换到另一个状态时的输出。Mealy型状态机的输出可以立即响应输入变化，不需要等待下一个时钟周期。第六章：存储器按访问方式分类随机存取存储器（RAM）：可以随机访问任何地址的数据，读写速度相同。只读存储器（ROM）：内容预先设定，通常只能读取不能写入。顺序存取存储器：数据按特定顺序访问，如磁带。内容寻址存储器（CAM）：根据内容而非地址进行访问。按数据保持能力分类易失性存储器：断电后数据丢失，如SRAM和DRAM。非易失性存储器：断电后数据保持，如ROM、EEPROM、Flash和FRAM等。半易失性存储器：数据保持时间有限，需要定期刷新或备份。按功能和用途分类主存储器：直接与CPU交互的存储器，通常是DRAM。高速缓存：位于CPU和主存之间的小容量高速存储器，通常是SRAM。辅助存储器：大容量持久存储设备，如硬盘、固态硬盘等。专用存储器：为特定应用设计的存储器，如图形存储器、网络缓冲区等。存储器层次结构现代计算机系统中的存储器组织成多层次结构，从高速寄存器到主存储器再到辅助存储器，形成金字塔形状的层次结构。这种设计平衡了速度、容量和成本的需求，利用数据访问的局部性原理提高整体性能。随机存取存储器（RAM）1静态RAM（SRAM）静态RAM使用双稳态触发器电路存储每一位数据，通常由六个晶体管组成一个存储单元。由于使用触发器存储数据，SRAM不需要刷新操作就能保持数据，但电路复杂，集成度低，成本高。SRAM具有高速度（访问时间通常在几纳秒内）和低功耗的特点，常用于高速缓存和寄存器文件。2动态RAM（DRAM）动态RAM使用电容存储每一位数据，通常由一个晶体管和一个电容组成一个存储单元。由于电容上的电荷会随时间泄漏，DRAM需要定期刷新（通常每几毫秒一次）以保持数据。DRAM的结构简单，集成度高，成本低，但速度较慢（几十纳秒），且刷新操作会消耗额外的功率和访问时间。3RAM的基本操作读操作：向RAM发送地址和读控制信号，RAM返回该地址存储的数据。写操作：向RAM发送地址、数据和写控制信号，RAM将数据写入指定地址。刷新操作（仅DRAM）：按行或列依次读出数据并重新写入，以恢复电荷。这些操作都受到时序和控制信号的严格约束。只读存储器（ROM）掩模ROM掩模ROM是最基本的ROM类型，其内容在制造过程中通过掩模固定，一旦制造完成就无法更改。掩模ROM成本低廉，适合大批量生产，但开发周期长，灵活性差，常用于固定程序和数据的存储，如BIOS和字符发生器。可编程ROM（PROM）可编程ROM在制造时内容为空，用户可以使用特殊设备（编程器）一次性地将数据烧录到PROM中。PROM的每个存储单元包含一个可熔断的链接，编程过程实际上是有选择地熔断这些链接。PROM提供了一定的灵活性，但仍然只能编程一次。可擦除可编程ROM（EPROM和EEPROM）可擦除可编程ROM允许多次擦除和编程。EPROM使用紫外线擦除，需要将芯片从电路中取出，并暴露在紫外线下几分钟。EEPROM使用电信号擦除，可以在电路中进行，甚至可以擦除单个字节，而不必擦除整个芯片，提供了极大的灵活性。闪存闪存原理闪存是一种非易失性存储器，基于浮栅晶体管技术。每个存储单元包含一个特殊的晶体管，其中嵌入了一个被绝缘层完全包围的浮栅。通过隧道效应或热载流子注入，电子可以穿过绝缘层进入或离开浮栅，从而改变晶体管的阈值电压，实现数据的存储和擦除。闪存兼具了EEPROM的电气可擦除特性和ROM的非易失性，同时成本比EEPROM低廉，已经成为最重要的非易失性存储技术。现代闪存还支持多级存储（每个单元存储多位数据）和三维堆叠结构，大幅提高了存储密度。NOR闪存与NAND闪存NOR闪存：存储单元并联排列，类似NOR门结构。支持随机访问，读取速度快，但写入和擦除速度较慢，密度较低。主要