第7章(新)教学讲解课件.ppt

1、EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT概述概述第第 7 章章大规模集成电路大规模集成电路 本章小结本章小结随机存取存储器随机存取存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PLD)(PLD)EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT7.1概述概述 主要要求：主要要求：了解半导体存储器的了解半导体存储器的作用、类型与特点作用、类型与特点。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT一、用一、用SSI和和MSI构成数字系统存在的问题构成数字系统存在的问题从前几章所学的知识我们知道，用中规模器件实现从前几章所学的知识我们知道，用中规模器件实现电路比用小规模实现电路简

2、单，但要构成一个较复电路比用小规模实现电路简单，但要构成一个较复杂的数字系统时，仍需多片杂的数字系统时，仍需多片SSI和和MSI器件，因而器件，因而存在着设备体积大、重量大、功耗高、成本高、可存在着设备体积大、重量大、功耗高、成本高、可靠性差等缺点。若能把系统的全部或部分模块集成靠性差等缺点。若能把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内，就可以有效地改善电子线路的性能。在一个芯片内，就可以有效地改善电子线路的性能。随着集成电路制造工艺的不断改进和完善，大规模随着集成电路制造工艺的不断改进和完善，大规模集成电路也就应运而生了。集成电路也就应运而生了。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 二、

3、LSI的现状和前景 目前，在单块硅片上集成十万个元件、器件的大规模目前，在单块硅片上集成十万个元件、器件的大规模集成电路已广泛应用到各种电子仪器和设备中。集成集成电路已广泛应用到各种电子仪器和设备中。集成电路一进入超大规模和甚大规模阶段，如实验室用到电路一进入超大规模和甚大规模阶段，如实验室用到的的lattics公司的公司的Flex10K10系列，等效门数为系列，等效门数为10000门，另外还有门，另外还有Flex10K100系列，等效门数为系列，等效门数为100000门。门。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 近年来，随着电子设计自动化技术的发展，以及可编程逻辑器件的广泛应用，使电子

4、电路设计方法和手段都得到了不断的改进和创新，也为大规模集成电路的应用开辟了新的途径。可以预见，大规模集成电路必将越来越广泛地应用于通信技术、计算机技术、自动控制技术等领域中，PLD的原理和应用是每个电子工程师必备的一门技术。大规模集成电路的制造技术和应用技术都得到了飞速发展，主要表现在以下几个方面。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT（1）密度越来越高）密度越来越高单片密度已达十万、几十万、甚至几百万门，已进入超大规模单片密度已达十万、几十万、甚至几百万门，已进入超大规模和甚大规模阶段。和甚大规模阶段。（2）用户可编程且拥有多种编程技术）用户可编程且拥有多种编程技术如如isp、icr。（

5、3）设计工具不断完善）设计工具不断完善现有的设计自动化软件即支持功能完善硬件描述语言如现有的设计自动化软件即支持功能完善硬件描述语言如VHDL、Verilog等作为文本输入，又支持逻辑电路图、等作为文本输入，又支持逻辑电路图、工作波形图等作为图形输入。工作波形图等作为图形输入。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT从制造工艺分 专用型：如手机芯片、电视机芯片从逻辑功能分PLD CPU 单片机 三、LSI的分类通用型：如存储器、微处理器、单片机存储器双极型 单极型从应用的角度分EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT四、本章主要内容1、存储器：掌握静态RAM的存储原理、使用方法。掌握各种R

6、OM的工作原理、使用方法。2、了解简单PLD的结构和编程原理，为以后学习复杂可编程逻辑器件打下基础。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT存储器的分类 RAM 双极型 单极型 静态 动态 ROM ROM PROM EPROM E2PROM 闪速存储器EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT例如计算机中的自检程序、初例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在始化程序便是固化在 ROM 中的。中的。计算机接通电源后，首先运行它，计算机接通电源后，首先运行它，对计算机硬件系统进行自检和初始对计算机硬件系统进行自检和初始化，自检通过后，装入操作系统，化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常

7、工作。计算机才能正常工作。二、二、半导体存储器的类型与特点半导体存储器的类型与特点 只读存储器只读存储器(ROM，即即Read-Only Memory)随机存取存储器随机存取存储器(RAM，即即Random Access Memory)RAM 既能读出既能读出信息信息又能又能写入写入信息。信息。它用于存放需经它用于存放需经常改变的信息，常改变的信息，断电后其数断电后其数据将丢失据将丢失。常用于存放临时。常用于存放临时性数据或中间结果。性数据或中间结果。例如例如 计算机内存就是计算机内存就是 RAM ROM 在工作时在工作时只能读出只能读出信息而不能写入信息。信息而不能写入信息。它用于它用于存放

8、固定不变的信息，存放固定不变的信息，断电后断电后其数据不会丢失其数据不会丢失。常用于存放。常用于存放程序、常数、表格等。程序、常数、表格等。一、一、半导体存储器的作用半导体存储器的作用 存放二值数据存放二值数据 EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT主要要求：主要要求：了解了解 ROM 的类型和结构，理解其工作原理。的类型和结构，理解其工作原理。了解集成了解集成 EPROM 的使用。的使用。理解理解字、位、存储容量字、位、存储容量等概念。等概念。6.2只读存储器只读存储器EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT按按数数据据写写入入方方式式不不同同分分掩模掩模 ROM 可编程可编程 ROM

9、(Programmable ROM，简称，简称 PROM)可擦除可擦除 PROM(Erasable PROM，简称，简称 EPROM)电可擦除电可擦除 EPROM(Electrically EPROM，简称，简称 E2PROM)一、一、ROM 的类型及其特点的类型及其特点 写入的数据可电擦除，用户可以写入的数据可电擦除，用户可以多次改写存储的数据。使用方便。多次改写存储的数据。使用方便。其存储数据在制造时确定，用其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。户不能改变。用于批量大的产品。其存储数据其存储数据由用户写入。但由用户写入。但只能写一次。只能写一次。写入的数据可用紫外线擦除，

10、写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。用户可以多次改写存储的数据。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITROM的用途：1、存储各种程序代码；2、实现多输入、多输出逻辑函数真值表；3、代码的变换、符号和数字显示等有关数字电路及存储各种函数等。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT二、二、ROM 的结构和工作原理的结构和工作原理 (一一)存储矩阵存储矩阵 由存储单元按字由存储单元按字(Word)和位和位(Bit)构成的距阵构成的距阵 由存储距阵、地址译码器由存储距阵、地址译码器(和读出电路和读出电路)组成组成 图7.2.1 ROM的电路结构框图EXIT 半导体存储器半导体存

11、储器EXIT4 4 存储矩阵结构示意图存储矩阵结构示意图 W3W2W1W0D3D2D1D0字字线线位线位线字线与位线的交叉字线与位线的交叉点即为点即为存储单元存储单元。每个存储单元可以每个存储单元可以存储存储 1 位二进制数。位二进制数。交叉处的圆点交叉处的圆点 “”表示存储表示存储“1”；交叉处；交叉处无圆点表示存储无圆点表示存储“0”。当某字线被选中时，当某字线被选中时，相应存储单元数据从位相应存储单元数据从位线线 D3 D0 输出。输出。请看演示请看演示 10 1 110 1 1从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字

12、长，即字长字中含有的存储单元数称为字长，即字长=位数。位数。W31.存储矩阵的结构与工作原理存储矩阵的结构与工作原理 EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT2.存储容量及其表示存储容量及其表示用用“M”表示表示“1024 K”，即，即 1 M=1024 K=210 K=220。2.存储容量及其表示存储容量及其表示 指存储器中存储单元的数量指存储器中存储单元的数量 例如，一个例如，一个 32 8 的的 ROM，表示它有，表示它有 32 个字，个字，字长为字长为 8 位，存储容量是位，存储容量是 32 8=256。对于大容量的对于大容量的 ROM常用常用“K”表示表示“1024”，即，即 1

13、K=1024=210 ；例如，一个例如，一个 64 K 8 的的 ROM，表示它有，表示它有 64 K 个字，个字，字长为字长为 8 位，存储容量是位，存储容量是 64 K 8=512 K。一般用一般用“字数字数 字长字长(即位数即位数)”)”表示表示EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT3.存储单元结构存储单元结构3.存储单元结构存储单元结构 (1)固定固定 ROM 的存储单元结构的存储单元结构 二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1接半导体管后成为储接半导体管后成为储 1 单元；单元；若不接半导体管，则为储若不接半导

14、体管，则为储 0 单元。单元。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT(2)PROM 的存储单元结构的存储单元结构 PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为全全 1(或全或全 0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 (或或 1),这只要将需储这只要将需储 0(或或 1)单元的熔丝烧断即可。单元的熔丝烧断即可。熔丝烧断后不可恢复，因此熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM 只能一次编程。只能一次编程。二极管二极管 ROM TTL-ROM MOS-ROM Wi Dj Wi Dj VCC Wi Dj+VDD 1

15、熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝熔丝EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT(3)可擦除可擦除 PROM 的存储单元结构的存储单元结构 EPROM 利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免破坏芯片内信息。破坏芯片内信息。E2PROM 可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次完成，性能更优越。完成，性能更优越。用一个特殊的浮栅用一个特殊的浮栅 MOS

16、 管替代熔丝。管替代熔丝。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT刚才介绍了刚才介绍了ROM中的存储距阵，中的存储距阵，下面将学习下面将学习ROM中的地址译码器。中的地址译码器。(二二)地址译码器地址译码器(二二)地址译码器地址译码器从从 ROM 中读出哪个字由地址码决定。地址中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字线，使该字内容通过位线输出。线，使该字内容通过位线输出。例如，某例如，某 ROM 有有 4 位地址码，则可选择位地址码，则可选择 24=16 个字。个字。设输入地址码为设输入地址码为 1010，则字线，则字

17、线 W10 被选中，该被选中，该 字内容通过位线输出。字内容通过位线输出。存储矩阵中存储矩阵中存储单元的存储单元的编址方式编址方式单译码编址方式单译码编址方式双译码编址方式双译码编址方式适用于小适用于小容量存储器。容量存储器。适用于大适用于大容量存储器。容量存储器。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 又称单译码编址方式或单地址寻址方式又称单译码编址方式或单地址寻址方式D1D7地地址址译译码码器器0,01,031,031,10,11,1A0A1A431,70,71,7W0W1W31D0单地址译码方式单地址译码方式 32 8 存储器的结构图存储器的结构图1.单地址译码方式单地址译码方式一个

18、一个 n 位地址码的位地址码的 ROM 有有 2n 个字，对应个字，对应 2n 根字线，根字线，选中字线选中字线 Wi 就选中了该字的所有位。就选中了该字的所有位。32 8 存储矩阵排成存储矩阵排成 32 行行 8 列，每一行对应一个字，每一列，每一行对应一个字，每一列对应列对应 32 个字的同一位。个字的同一位。32 个字需要个字需要 5 根地址输入线。当根地址输入线。当 A4 A0 给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。例如，当例如，当 A4 A0=00000 时，选中字线时，选中字线 W0，可将，可将(0，0)(0，7)这这

19、8 个基本存储单元的内容同时读出。个基本存储单元的内容同时读出。基本单元为基本单元为 存储单元存储单元EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITA5A7行行地地址址译译码码器器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4双地址译码方式双地址译码方式 256 字存储器的结构图字存储器的结构图A2列列地地址址译译码码器器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址寻址方式又称双译码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组地址码分成行地址码和列地址码两组2.双地址译码方式双地址译码方式基本单元基本单元为字单元为字单元例如例如 当当 A7 A0

20、=00001111 时，时，X15 和和 Y0 地址线均地址线均 为高电平，字为高电平，字W15 被选中，其存储内容被读出。被选中，其存储内容被读出。若采用单地址译码方式，则需若采用单地址译码方式，则需 256 根内部地址线。根内部地址线。256 字存储器需要字存储器需要 8 根地址线，分为根地址线，分为 A7 A4 和和 A3 A0 两两组。组。A3 A0 送入行地址译码器，产生送入行地址译码器，产生 16 根行地址线根行地址线(Xi)；A7 A4 送入列地址译码器，产生送入列地址译码器，产生 16 根列地址线根列地址线(Yi)。存储矩。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。

21、阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.2.2 二极管ROM的电路结构图具有两位地址输入码和4位数据输出的ROM 的结构如下图所示组成：组成：读操作程序读操作程序使三态缓冲器的的/EN=0，从A1A0输入指定的地址码，则由地址所指定的存储单元中存放的数据便出现在输出数据线上。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT2.PROM图7.2.5 PROM管的结构原理图EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT写操作：在写入数据时，首先应找出要写入0的单元地址，并输入相应的地址码，使相应的字线输出高电平，然后在相应的位线上按规定加入高电压脉冲，

22、使稳压管UZ导通，写入放大器AW的输出呈低电平、低内阻状态，相应存储单元的三极管饱和导通，有较大的脉冲电流流过熔丝，并将其熔断。读操作：先读熔丝未熔断的，相应字线为高电平，电路等效为（a）图。再读熔丝熔断的，如图（b）。H（b）VCCHH（a）EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT3 EPROM：采用浮栅型MOS器件作为存储单元的一个元件，需紫外线照射才能擦除，大概需要1030分钟，可擦除上万次。4 EEPROM：同样采用浮栅工艺，但可利用一定宽度电脉冲擦除。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT三、集成三、集成 EPROM 举例举例 27 系列系列 EPROM 是最常用的是最常用的

23、EPROM，型，型号从号从 2716、2732、2764 一直到一直到 27C040。存储容。存储容量分别为量分别为 2K 8、4K 8一直到一直到 512K 8。下面。下面以以 Intel 2716 为例，介绍其功能及使用方法。为例，介绍其功能及使用方法。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITVCCIntel 2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413 A10 A0 为地址码输入端。为地址码输入端。D7 D0 为数据线，工作时为为数据线，工作时为数

24、据输出端，编程时为写入数据数据输出端，编程时为写入数据输入端。输入端。VCC 和和 GND：+5 V 工作电源工作电源和地。和地。VPP 为编程高电平输入端。编程时加为编程高电平输入端。编程时加+25 V 电压，工作时加电压，工作时加+5 V 电压。电压。(一一)引脚图及其功能引脚图及其功能 CS 有两种功能：有两种功能：(1)工作时为片选使能端，低电工作时为片选使能端，低电 平有效。平有效。CS=0 时，芯片被时，芯片被 选中，处于工作状态。选中，处于工作状态。(2)编程时为编程脉冲输入端。编程时为编程脉冲输入端。OE 为允许数据输出端，低电为允许数据输出端，低电平有效。平有效。OE=0 时

25、，允许读出数时，允许读出数据；据；OE=1 时，不能读出数据。时，不能读出数据。存储容量为存储容量为 2 K 字字 EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT(二二)由由 CS、OE 和和 VPP 的不同状态，确定的不同状态，确定 2716 的下列的下列 5 种工作方式种工作方式(1)读方式：读方式：当当 CS=0、OE=0，并有地址码输入时，并有地址码输入时，从从 D7 D0 读出读出该地址单元的数据。该地址单元的数据。(2)维持方式：当维持方式：当 CS=1 时，数据输出端时，数据输出端 D7 D0 呈高阻呈高阻 隔离态隔离态，此时芯片处于维持状态，电源电，此时芯片处于维持状态，电源电 流

26、下降到维持电流流下降到维持电流 27 mA 以下。以下。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT(3)编程方式：编程方式：OE=1，在，在 VPP 加入加入 25 V 编程电压，在地址编程电压，在地址 线上输入单元地址，数据线上输入要写入的线上输入单元地址，数据线上输入要写入的 数据后，在数据后，在 CS 端送入端送入 50 ms 宽的编程正脉宽的编程正脉 冲冲，数据就被写入到由地址码确定的存储单数据就被写入到由地址码确定的存储单 元中。元中。(4)编程禁止：编程禁止：在编程方式下，如果在编程方式下，如果 CS 端不送入编程正脉端不送入编程正脉 冲，冲，而保持低电平，则芯片不能被编程，此时为

27、编而保持低电平，则芯片不能被编程，此时为编程禁止方式，数据端为高阻隔离态。程禁止方式，数据端为高阻隔离态。(5)编程检验：编程检验：当当 VPP=+25 V，CS 和和 OE 均为有效电平时，均为有效电平时，送入地址码，可以读出相应存储单元中的送入地址码，可以读出相应存储单元中的 数据，以便检验。数据，以便检验。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 下面将根据二极管下面将根据二极管 ROM 的的 结构图加以说明结构图加以说明(已编程二极管已编程二极管 PROM 的的 结构与之同理结构与之同理)：四、用四、用 PROM 实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数1.为什么为什么用用 PROM 能实现

28、组合逻辑函数？能实现组合逻辑函数？D3D2D1D044 二极管二极管 ROM 结构图结构图 地地址址译译码码器器A1A0地地址址码码输输入入3103210211010100WAAmWA AmWAAmWA Am 字字 线线 信信 号号位线输出信号位线输出信号D3D2D1D04 4 二极管二极管 ROM 结构图结构图 地地址址译译码码器器A1A0地地址址码码输输入入3103210211010100WAAmWA AmWAAmWA Am 字字 线线 信信 号号位线输出信号位线输出信号 地址译码器地址译码器能译出地址码的全部最小项能译出地址码的全部最小项图中图中 当当 A1 A0=11 时，只有时，只有

29、 W3=1，而，而 W0、W1、W2=0，即译出最小项即译出最小项 m3；当当 A1 A0=10 时，只有时，只有 W2=1，而，而 W0、W1、W3=0，即译出最小项即译出最小项 m2；其余类推。其余类推。存储矩阵构成或门阵列存储矩阵构成或门阵列图中图中 D3=m3+m2+m0 D2=m2+m1 D1=m3+m0 D0=m3+m2 由于由于 PROM 的地址译码器能译出地址码的的地址译码器能译出地址码的全部最小项，全部最小项，而而PROM 的存储矩阵构成了可编的存储矩阵构成了可编程或门阵列，因此，通过编程可从程或门阵列，因此，通过编程可从 PROM 的位的位线输出端得到任意标准与线输出端得到

30、任意标准与-或式。由于所有组或式。由于所有组合逻辑函数均可用标准与合逻辑函数均可用标准与-或式表示，故理论或式表示，故理论上可用上可用 PROM 实现任意组合逻辑函数。实现任意组合逻辑函数。1.为什么为什么用用 PROM 能实现组合逻辑函数？能实现组合逻辑函数？五、用五、用 PROM 实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 为了便于用为了便于用 PROM 实现组合逻辑函数，实现组合逻辑函数，首先需要理解首先需要理解 PROM 结构的习惯画法。结构的习惯画法。2.PROM 结构的习惯画法结构的习惯画法AB与与门门和和或或门门的的习习惯惯画画法法CY&ABCY1

31、ABCY&ABCY1EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITA1A0地址地址译码器译码器(为与阵列为与阵列)D3D2D1D0W3W2W1W0&A1 A0=m3A1 A0=m2A1 A0=m1A1 A0=m01存储矩阵存储矩阵(为或阵列为或阵列)1&A1地址译码器地址译码器(为与阵列为与阵列)W3W2W1W0D3=m3+m2+m0D3=m2+m1D3=m3+m0D3=m3+m2&1&1A0 m3 m2 m1 m01111存储矩阵存储矩阵(为或阵列为或阵列)PROM 结构的习惯画结构的习惯画法法EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT3.怎样用怎样用 PROM 实现组合逻辑函数？实现组合逻辑函

32、数？例例 试用试用 PROM 实现下列逻辑函数实现下列逻辑函数 BCACABYCBCAY21解：解：(1)将函数化为标准与将函数化为标准与-或式或式 )7,6,5,3()6,5,4,1(21mYmY(2)确定存储单元内容确定存储单元内容由函数由函数 Y1、Y2 的标准与的标准与-或式知：或式知：与与 Y1 相应的存储单元中，字线相应的存储单元中，字线 W1、W4、W5、W6 对应的存储单元应为对应的存储单元应为 1；对应对应 m1、m4、m5、m6与与 Y2 相应的存储单元中，字线相应的存储单元中，字线 W3、W5、W6、W7 对应的存储单元应为对应的存储单元应为 1。EXIT 半导体存储器半

33、导体存储器EXIT(3)画出用画出用 PROM 实现的逻辑图实现的逻辑图A11B1C1&1m0m1m2m3m4m5m6m7地地址址译译码码器器Y1Y2EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT主要要求：主要要求：了解了解 RAM 的类型、结构和工作原理。的类型、结构和工作原理。了解集成了解集成 RAM 的使用。的使用。了解了解 RAM 和和 ROM 的异同的异同。7.3 随机存取存储器随机存取存储器 了解了解 RAM 的扩展方法。的扩展方法。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT7.3.1 7.3.1 静态随机存储器静态随机存储器SRAM地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵读读/写控制电路

34、写控制电路2n m RAM 的结构图的结构图 A0A0An-1I/O0I/O1I/Om-1R/WCS一、一、SRAM的结构、类型和工作原理的结构、类型和工作原理EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITRAM 与与 ROM 的比较的比较 相相同同处处 都含有地址译码器和存储矩阵都含有地址译码器和存储矩阵 寻址原理相同寻址原理相同 相相异异处处 ROM 的存储矩阵是或阵列，的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路是组合逻辑电路。ROM 工作时工作时只能读出不能写入。掉电后数据只能读出不能写入。掉电后数据 不会丢失不会丢失。RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成

35、，成，是时序逻辑电路是时序逻辑电路。RAM 工作时工作时能读出，能读出，也能写入也能写入。读或写由读。读或写由读/写控制电路进行控制。写控制电路进行控制。RAM 掉电后数据将丢失掉电后数据将丢失。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITRAM 分类分类静态静态 RAM(即即 Static RAM，简称，简称 SRAM)动态动态 RAM(即即 Dynamic RAM，简称，简称 DRAM)DRAM 存储单元结构简单，集成度高，存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较慢，且需要慢，且需要刷新刷新及读出放大器等外围电路。及读出放大器等

36、外围电路。DRAM 的存储单元是利用的存储单元是利用 MOS 管具有极高的输入电阻，管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。SRAM 存储单元结构较复存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。杂，集成度较低，但速度快。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT二、片选及读写控制电路EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT禁止读写禁止读写CS=1时时EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITCS=0&R

37、/W=1内部数据出现在内部数据出现在I/O口上。口上。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITCS=0&R/W=0I/O上的数据写上的数据写入内部存储器。入内部存储器。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.3.2 1024 4位RAM（2114）的结构框图三三举举例例EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.3.3 六管NMOS静态存储单元四、四、SRAM的静态存储单元的静态存储单元EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.3.4 六管CMOS静态存储单元EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.3.5 双极型RAM 的静态存储单元EXIT 半导体存储器半导体存储

38、器EXIT图7.3.6 四管动态MOS存储单元7.3.2 动态随机存储器（动态随机存储器（DRAM）一、动态存储单元一、动态存储单元EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT二、灵敏恢复二、灵敏恢复/读出放大器读出放大器图7.3.9 DRAM中的灵敏恢复/读出放大器EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT三、三、DRAM的总体结构的总体结构图7.3.11 DRAM的总体结构框图EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT7.3.37.3.3、集成、集成 RAM 举例举例 A0 A9 为地址码输入端。为地址码输入端。4 个个 I/O 脚为双向数据线，用脚为双向数据线，用于读出或写入数据。于读出或

39、写入数据。VDD 接接+5 V。R/W 为读为读/写控制端。当写控制端。当 R/W=1 时，从时，从 I/O 线读出数据；当线读出数据；当 R/W=0 时，将从时，将从 I/O 线输入的数线输入的数据写入据写入RAM。VDDIntel 2114A7A8A9I/OI/OI/OI/OR/WA6A5A4A3A0A1A2CSGND1234567891817161514131211101 K 4 位位 SRAM Intel 2114 引脚图引脚图信号与信号与 TTL 电平兼容。电平兼容。CS 为片选控制端，低电平有为片选控制端，低电平有效。效。CS=1 时，读时，读/写控制电路处写控制电路处于禁止状态，

40、不能对芯片进行读于禁止状态，不能对芯片进行读/写操作。当写操作。当 CS=0 时，允许芯片时，允许芯片读读/写操作。写操作。存储矩阵有存储矩阵有 1 K 个字，每个字个字，每个字 4 位。位。1K=1024=210，故需，故需 10 根地址输入线。根地址输入线。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT7.4、存储器容量的、存储器容量的扩展扩展 图7.4.1 RAM的位扩展接法7.4.1 位扩展方式位扩展方式例例用用1024*1位的位的RAM接成一个接成一个1024*8位的位的RAM。1.先确定所需要的片数先确定所需要的片数2.再连线再连线EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图7.4.2

41、 RAM的字扩展接法7.4.2字扩展方式字扩展方式例例 256*8的的RAM接成接成1024*8的的RAM。1.先确定所需要的片数先确定所需要的片数3.再连线再连线2.每一片分时工作每一片分时工作,因此需要译码因此需要译码EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT7.3可编程逻辑器件可编程逻辑器件7.3.1概述 自世纪年代初集成电路诞生以来，经历了SSI、MSI、LSI的发展过程，目前已进入了超大规模（VLSI）和甚大规模（ULSI）阶段，数字系统设计技术也随之发生了崭新的变化。前已指出，数字系统是由许多子系统或逻辑模块构成的。设计者可以根据各模块的功能选择适当的SSI、MSI以及LSI芯片拼

42、接成预定的数字系统，也可把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内，称为专用集成电路ASIC。使用ASIC不仅可以极大的减少系统的硬件规模（芯片数、占用的面积及体积等），而且可以降低功好、提高系统的可靠性、保密性及工作速度。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITASIC（Application of specialintegrate circuit）是一种由用户定制的集成电路。又可以）是一种由用户定制的集成电路。又可以分为分为全定制电路和半定制电路。全定制电路和半定制电路。全定制电路全定制电路：制造厂按用户提出的逻辑要求，专门：制造厂按用户提出的逻辑要求，专门设计和制造的芯片。这类芯片专业性强

43、，适合在大设计和制造的芯片。这类芯片专业性强，适合在大批量定性生产的产品中使用。常用的有电子表机芯、批量定性生产的产品中使用。常用的有电子表机芯、存储器、中央处理器存储器、中央处理器CPU芯片等。芯片等。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT半定制半定制经历了这样两个过程：首先由制造厂制成经历了这样两个过程：首先由制造厂制成标准的半成品，然后由制造厂根据用户提出的逻标准的半成品，然后由制造厂根据用户提出的逻辑要求，再对半成品进行加工，实现预定的数字辑要求，再对半成品进行加工，实现预定的数字系统芯片。典型的半定制器件是系统芯片。典型的半定制器件是20世纪世纪70年代出年代出现的门阵列（现的门

44、阵列（Gaterray，GA）和标准单元阵）和标准单元阵列（列（Standard Cell Array，SCA）。它们分别）。它们分别在芯片上集成了大量逻辑门和具有一定逻辑功能在芯片上集成了大量逻辑门和具有一定逻辑功能的逻辑单元，通过布线把这些硬件资源连接起来的逻辑单元，通过布线把这些硬件资源连接起来实现数字系统实现数字系统.这两种结构的这两种结构的ASICA布线（即编程布线（即编程都是由集成电路制造厂完成的。）。都是由集成电路制造厂完成的。）。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT 随着集成电路制造工艺和编程技术的提高，随着集成电路制造工艺和编程技术的提高，针对针对GA和和SCA这两类产

45、品的设计和编程都离不开这两类产品的设计和编程都离不开制造厂的缺点，从制造厂的缺点，从20世纪世纪70年代末开始，发展了年代末开始，发展了一种称为可编程逻辑器件（一种称为可编程逻辑器件（PLD）的半定制芯片。）的半定制芯片。PLD芯片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂芯片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂生产好的，但用户可以借助功能强大的设计自动生产好的，但用户可以借助功能强大的设计自动化软件（也称设计开发软件）和编程器，自行在化软件（也称设计开发软件）和编程器，自行在实验室内、研究室内，甚至车间等生产现场，按实验室内、研究室内，甚至车间等生产现场，按照下述的过程，进行设计和编程，实现所希望的照

46、下述的过程，进行设计和编程，实现所希望的数字系统。数字系统。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT算法设计和电路划分图形输入和文本输入编译和逻辑仿真设计实现目标文件下载步骤：步骤：EXIT 半导体存储器半导体存储器EXITPLD作为作为ASIC的一个重要分枝，其制造技术和应的一个重要分枝，其制造技术和应用技术都取得了飞速的发展：主要表现在以下方面用技术都取得了飞速的发展：主要表现在以下方面（1）电路结构SPLD两级与或结构的单元电路。PLD SPLD HDPLD CPLD EPLD FPGACPLD有效扩展SPLD和吸取SCA的构思的基础上构成的。其基本结构形式和PAL、GAL相似，由可编

47、程的与阵列、固定的或阵列和逻辑宏单元组成，但集成规模比PAL和GAL大得多。FPGA从GA的基础上发展的。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT（2）高密度（3）工作速度高（4）多种编程技术（5）设计工具的不断完善EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT6.3.2 SPLD的基本组成的基本组成任何一个组合电路，总可以用一个或多个与或表达式来描述；任何一个时序电路总可以用输出方程组和驱动（激励）方程组来描述，而输出方程和驱动（激励）方程也都可以是与或表达式。如果PLD包含了实现与或表达式所需的两个阵列与门阵列和或门阵列，那就能够实现组合逻辑，如果配置记忆元件还可以实现时序电路。SPLD就是

48、根据此原理构成的。下图为SPLD的基本组成框图。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT输入电路：起着缓冲作用，且生成互补的的输入输入电路：起着缓冲作用，且生成互补的的输入信号。信号。输出电路：既有缓冲作用，又可以提供不同的输输出电路：既有缓冲作用，又可以提供不同的输出结构，如三态（出结构，如三态（3S）输出，）输出，OC输出以及寄存输出以及寄存器输出等。器输出等。EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT6.3.3 PLD的编程ABCD6.3.4阵列结构EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT或阵列可编程的示意图EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT图（b）中，或阵列的耦合元件均串入

49、了熔丝，从而构成可编程结构，因此输出函数F1、F2、F3可在用户编程时定义。通常所说的可编程还是不可编程就取决于阵列中输入、输出线交叉点处的耦合元件能否根据用户要求连接（即接通熔丝）或不连接（即断开熔丝）。根据与阵列和或阵列各自是否可编程以及输出方式可否编程，SPLD可分为四大类型：EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT6.3.5 PLD中阵列的表示方法EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT6.3.6 可编程只读存储器可编程只读存储器不仅可用作只读存储器，也可作可编程器件使用。特点：与阵列固定，或阵列可编程EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT例1 用PROM实现如下函数解题思路：

50、1）写出最小项表达式2）在PROM上实现 EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT例2 用PROM器件将8421BCD码转换成余3码。用PROM实现的缺点：每增加一个输入变量，熔丝与阵列的大小就会成倍增加。解题思路（步骤基本同小规模或中规模）1）列真值表 输入为B3、B2、B1、B0，输出为G3、G2、G1、G02）写出最小项表达式3）在PROM上实现 EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT特点：与阵列或阵列均可编程EXIT 半导体存储器半导体存储器EXIT例1：用PLA实现将8421BCD码转换为余3码。解题思路：2）写出逻辑函数表达式并化简3）在PLA上实现1）列真值表 输入为B3、