半导体存储器和可编程逻辑器.pptx

2022/10/272022/10/272022/10/272022/10/27第8章 半导体存储器和可编程逻辑器件3 3学时学时2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章1电子学教研室电子学教研室半导体存储器和可编程逻辑器件半导体存储器和可编程逻辑器件作业作业8-38-38-88-88-98-92022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章2电子学教研室电子学教研室8.1 概述概述随随着着集集成成电电路路设设计计和和制制造造工工艺艺的的不不断断改改进进和和完完善善，集集成成电电路路产产品品不不仅仅在在提提高高开开关关速速度度、降降低低功功耗耗等等方方面面有有了了很很大大的的发发展展，电电路路的的集集成成度度也也得得到到了了迅迅速速的的提提高高，大大规规模模集集成成电电路路LSILSI和和超超大大规规模模集集成成电电路路VLSIVLSI已得到了广泛的应用。已得到了广泛的应用。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章3电子学教研室电子学教研室在在分分析析和和设设计计逻逻辑辑系系统统时时，应应把把LSILSI和和VLSIVLSI作为作为一个功能模块一个功能模块来进行使用。来进行使用。LSILSI分为分为通用型通用型和和专用型专用型两大类。两大类。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章4电子学教研室电子学教研室通通用用型型LSILSI是是指指已已被被定定型型的的标标准准化化、系系列列化化产产品品。各各种种型型号号的的存存储储器器、微微处处理理器器等均属此类。等均属此类。专专用用型型LSILSI是是指指为为某某种种特特殊殊用用途途而而专专门门设设计计制制作作的的功功能能块块，只只能能使使用用在在一一些些专专用用场所或设备中。场所或设备中。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章5电子学教研室电子学教研室本章仅简要介绍本章仅简要介绍存储器存储器可编程逻辑器件可编程逻辑器件2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章6电子学教研室电子学教研室8.2 半导体存储器半导体存储器半半导导体体存存储储器器（简简称称存存储储器器）是是一一种种能能存储大量二值信息或数据的半导体器件。存储大量二值信息或数据的半导体器件。可可以以存存储储用用户户程程序序以以及及实实时时数数据据等等多多种种信息。信息。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章7电子学教研室电子学教研室存储器分类存储器分类 按按读写功能分为：读写功能分为：只只 读读 存存 储储 器器（Read-Only Read-Only MemoryMemory，ROMROM）随随机机存存储储器器（Random Random Access Access MemoryMemory，RAMRAM）。）。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章8电子学教研室电子学教研室按在计算机系统中的作用分为：按在计算机系统中的作用分为：主存储器（内存）主存储器（内存）辅助存储器（外存）辅助存储器（外存）高速缓冲存储器高速缓冲存储器2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章9电子学教研室电子学教研室按按信息的可保存性信息的可保存性分为分为易失性存储器易失性存储器非易失性存储器非易失性存储器2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章10电子学教研室电子学教研室易易失失性性存存储储器器在在系系统统关关闭闭时时会会失失去去存存储储的的信信息息，它它需需要要持持续续的的电电源源供供应应以以维维持持数数据。大部分的据。大部分的RAMRAM都属于此类。都属于此类。非非易易失失存存储储器器在在系系统统关关闭闭或或无无电电源源供供应应时时仍仍能能保保持持数数据据信信息息，如如ROMROM半半导导体体存存储器、磁介质或光介质存储器。储器、磁介质或光介质存储器。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章11电子学教研室电子学教研室半半导导体体存存储储器器ROMROM固定固定ROMROM（又称掩膜（又称掩膜ROMROM）可编程可编程ROMROM可编程可编程ROMROM（PROMPROM）可可擦擦除除PROMPROM（EPROMEPROM）电可电可擦除擦除EPROMEPROM（E E2 2PROMPROM）快闪快闪存储器存储器FLASHFLASHRAMRAM静态静态RAMRAM（SRAMSRAM）动动态态RAMRAM（DRAMDRAM）半导体存储器按读写功能分类半导体存储器按读写功能分类2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章12电子学教研室电子学教研室对存储器的操作对存储器的操作对对存存储储器器的的操操作作（也也称称为为访访问问）通通常常分分为两类：为两类：读操作读操作从存储器中取出其存储信息的过程从存储器中取出其存储信息的过程写操作写操作把信息存入到存储器的过程把信息存入到存储器的过程2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章13电子学教研室电子学教研室存储器的主要技术指标存储器的主要技术指标存存储储器器的的技技术术指指标标包包括括存存储储容容量量、存存取取速速度度、可可靠靠性性、功功耗耗、工工作作温温度度范范围围和和体体积等。积等。其中其中存储容量存储容量和和存取速度存取速度为其主要指标。为其主要指标。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章14电子学教研室电子学教研室存储容量存储容量存存储储容容量量是是指指存存储储器器可可以以存存储储的的二二进进制制信息量，单位为位或比特（信息量，单位为位或比特（bitbit）。）。存存储储器器中中的的一一个个基基本本存存储储单单元元能能存存储储1bit1bit的的信信息息，也也就就是是可可以以存存入入一一个个0 0或或一一个个1 1，所所以以存存储储容容量量就就是是该该存存储储器器基基本本存存储储单元的总数。单元的总数。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章15电子学教研室电子学教研室一一个个内内有有81928192个个基基本本存存储储单单元元的的存存储储器器，其存储容量为其存储容量为8Kbit8Kbit（1K=21K=21010=1024=1024）；）；这这个个存存储储器器如如果果每每次次可可以以读读（写写）8 8位位二二 值值 码码，说说 明明 它它 可可 以以 存存 储储 1K1K个个 字字 节节（ByteByte），每每字字节节为为8 8位位，这这时时的的存存储储容容量量也可以用也可以用1K1K 8 8位位来表示。来表示。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章16电子学教研室电子学教研室存取速度存取速度存存储储器器的的存存取取时时间间定定义义为为存存储储器器从从接接收收存存储储单单元元地地址址码码开开始始，到到取取出出或或存存入入数数据据为为止止所所需需的的时时间间，其其上上限限值值称称为为最最大大存存取取时间。时间。存存取取时时间间的的大大小小反反映映了了存存储储速速度度的的快快慢慢。存取时间越短，则存取速度越快。存取时间越短，则存取速度越快。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章17电子学教研室电子学教研室随机存取存储器随机存取存储器随随机机存存取取存存储储器器RAMRAM，又又称称为为读读写写存存储器储器。在在工工作作过过程程中中，既既可可从从RAMRAM的的任任意意单单元元读读出出信信息息，又又可可以以把把外外部部信信息息写写入入任任意意单单元元。它它具具有有读读、写写方方便便的的优优点点，但但由由于于具有易失性，所以不利于数据的长期保存。具有易失性，所以不利于数据的长期保存。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章18电子学教研室电子学教研室根根据据存存储储单单元元工工作作原原理理的的不不同同，RAMRAM可分为两大类：可分为两大类：静态随机存储器静态随机存储器SRAMSRAM动态随机存储器动态随机存储器DRAMDRAM2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章19电子学教研室电子学教研室SRAMSRAM的的数数据据由由触触发发器器记记忆忆，只只要要不不断断电，数据就能保存，但其集成度受到限制。电，数据就能保存，但其集成度受到限制。DRAMDRAM一一般般采采用用MOSMOS管管的的栅栅极极电电容容来来存存储储信信息息，必必须须由由刷刷新新电电路路定定期期刷刷新新，但但集集成度高。成度高。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章20电子学教研室电子学教研室特点：特点：SRAMSRAM速度非常快，但其价格较贵。速度非常快，但其价格较贵。DRAMDRAM的的速速度度比比SRAMSRAM慢慢，不不过过它它比比ROMROM快。快。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章21电子学教研室电子学教研室RAMRAM的结构的结构RAMRAM电电路路通通常常由由存存储储矩矩阵阵、地地址址译译码码器器和和读读/写写控控制制电路电路3 3部分组成。部分组成。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章22电子学教研室电子学教研室存存储储矩矩阵阵由由若若干干个个存存储储单元组成单元组成。在在译译码码器器和和读读/写写控控制制电电路路的的控控制制下下，既既可可以以对对存存储储单单元元写写入入信信息息，又又可可以以将将存存储储单单元元的的信信息息读读出出，完成完成读读/写操作写操作。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章23电子学教研室电子学教研室地址译码器地址译码器包括包括行地址译码器行地址译码器列地址译码器列地址译码器2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章24电子学教研室电子学教研室行地址译码器从存储行地址译码器从存储矩阵中选中行存储单元；矩阵中选中行存储单元；列地址译码器从存储列地址译码器从存储矩阵中选中列存储单元，矩阵中选中列存储单元，行与列均被选中线的行与列均被选中线的交叉处的存储单元与输交叉处的存储单元与输入入/输出线接通。输出线接通。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章25电子学教研室电子学教研室读读/写写控控制制电电路路用用于于对对电电路路的的工工作作状状态态进进行行控制。控制。当当读读/写写控控制制信信号号为为高电平时，执行读操作高电平时，执行读操作；当当读读/写写控控制制信信号号为为低电平时，执行写操作低电平时，执行写操作。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章26电子学教研室电子学教研室2114RAM2114RAM的结构框图的结构框图2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章27电子学教研室电子学教研室2114RAM2114RAM的工作模式的工作模式1高高阻阻01 0读读写写00 112022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章28电子学教研室电子学教研室静态存储单元（了解）静态存储单元（了解）RAMRAM的的存存储储单单元元分分为为静静态态存存储储单单元元和和动态存储单元动态存储单元两种。两种。静静态态存存储储单单元元是是在在静静态态触触发发器器的的基基础础上上附加控制电路而构成的。附加控制电路而构成的。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章29电子学教研室电子学教研室由由于于使使用用的的器器件件不不同同，静静态态存存储储单单元元又又分为分为MOSMOS型和双极型型和双极型两类。两类。由由于于CMOSCMOS集集成成电电路路最最显显著著的的特特点点是是静静态态功功耗耗小小，因因此此其其存存储储单单元元在在RAMRAM中中得得到到了广泛应用。了广泛应用。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章30电子学教研室电子学教研室6 6管管CMOSCMOS静态存储单元（了解）静态存储单元（了解）2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章31电子学教研室电子学教研室静态存储单元存在的问题（了解）静态存储单元存在的问题（了解）1 1）是是靠靠触触发发器器来来存存储储数数据据的的，功功耗耗较较大。大。2 2）由由于于每每个个单单元元要要用用多多个个管管子子，芯芯片片的面积较大。的面积较大。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章32电子学教研室电子学教研室动态存储单元（了解）动态存储单元（了解）为为提提高高集集成成度度、减减小小芯芯片片尺尺寸寸、降降低低功功耗耗，常常利利用用MOSMOS管管栅栅极极电电容容的的电电荷荷存存储储效效应应来来组组成成动动态态存存储储器器，以以构构成成动动态态MOSMOS存存储单元储单元。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章33电子学教研室电子学教研室管动态存储单元（管动态存储单元（1 1）电路组成（了解）电路组成（了解）2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章34电子学教研室电子学教研室只读存储器只读存储器只只读读存存储储器器ROMROM是是存存储储固固定定信信息息的的存存储储器器件件，在在正正常常工工作作时时ROMROM存存储储的的数数据据固固定定不不变变，只只能能读读出出，不不能能随随时时写写入入，故故称为只读存储器。称为只读存储器。ROMROM为为非非易易失失性性器器件件，当当器器件件断断电电时时，所存储的数据不会丢失。所存储的数据不会丢失。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章35电子学教研室电子学教研室只读存储器按数据的写入方式分为只读存储器按数据的写入方式分为固定固定ROMROM可编程可编程ROMROM（PROMPROM）可擦除可编程可擦除可编程ROMROM（EPROMEPROM）2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章36电子学教研室电子学教研室固固定定ROMROM所所存存储储的的数数据据已已由由生生产产厂厂家家在在制制造造时时用用掩掩模模板板确确定定，用用户户无无法法进进行行更更改，所以也称改，所以也称掩模编程掩模编程ROMROM。可可编编程程ROMROM在在出出厂厂时时，存存储储内内容容全全为为1 1或或全全为为0 0，用用户户根根据据自自己己的的需需要要进进行行编编程程，但但只能写入一次只能写入一次，一旦写入则不能再修改。，一旦写入则不能再修改。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章37电子学教研室电子学教研室EPROMEPROM具具有有较较强强的的灵灵活活性性，它它存存储储的的内内容容既既可可按按用用户户需需要要写写入入，也也可可以以擦擦除除后后重新写入。重新写入。包包括括用用紫紫外外线线擦擦除除的的PROMPROM、电电信信号号擦擦除除PROMPROM和快闪存储器和快闪存储器。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章38电子学教研室电子学教研室ROMROM的结构的结构 ROMROM具具有有与与RAMRAM相相似似的的电电路路结结构构，一一般般而而言言，它它由由存存储储矩矩阵阵、地地址址译译码码器器和和输输出缓冲器出缓冲器3 3部分组成。部分组成。ROMROM存存储储单单元元可可以以由由二二极极管管、双双极极型型晶体管或者晶体管或者MOSMOS管管构成。构成。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章39电子学教研室电子学教研室二极管二极管ROMROM的电路组成的电路组成具具有有2 2位位地地址址输输入入和和4 4位位字字长长数数据据输输出出的的二极管二极管ROMROM电路如图电路如图D D0 0D D3 3：位线（数据线）：位线（数据线）A A1 1、A A0 0：地址线地址线WW0 0WW3 3：字线：字线输出端采用三态缓冲器输出端采用三态缓冲器 2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章40电子学教研室电子学教研室二极管二极管ROMROM读操作读操作 存储数据表存储数据表00W0=1D0=1D3=02022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章41电子学教研室电子学教研室在在存存储储矩矩阵阵中中字字线线与与位位线线的的每每一一个个交交叉叉点点都都是是一一个个存存储储单单元元，在在交交叉叉点点上上接接有有二二极极管管相相当当于于存存储储1 1，没没有有接接二二极极管管则则相相当当于存储于存储0 0，经输出缓冲器后状态被反相。，经输出缓冲器后状态被反相。在在存存储储矩矩阵阵中中，交交叉叉点点的的数数目目也也就就是是存存储储单单元元数数，即即为为存存储储容容量量。图图8-68-6中中存存储储器的存储容量为器的存储容量为2 22 244。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章42电子学教研室电子学教研室可编程可编程ROMROMPROMPROM出出厂厂时时，制制作作的的是是一一个个完完整整的的二二极极管管或或晶晶体体管管存存储储矩矩阵阵，图图中中所所有有的的存存储储单单元元相相当当于全部存入于全部存入1 1。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章43电子学教研室电子学教研室在在编编程程时时，如如果果需需要要某某存存储储单单元元存存入入0 0，可通过编程器熔化该存储单元的熔丝。，可通过编程器熔化该存储单元的熔丝。PROMPROM为为一一次次性性编编程程器器件件，一一旦旦编编程程后后不可再进行修改。不可再进行修改。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章44电子学教研室电子学教研室EPROMEPROM当当需需要要对对ROMROM进进行行多多次次编编程程时时，可可采采用用 的的 器器 件件 为为 可可 擦擦 除除 可可 编编 程程 ROMROM，即即EPROMEPROM。EPROMEPROM一一般般指指用用紫紫外外线线擦擦除除的的可可编编程程ROMROM（UVEPROMUVEPROM）2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章45电子学教研室电子学教研室EPROMEPROM芯芯片片的的封封装装外外壳壳通通常常装装有有透透明明的石英盖板。的石英盖板。不不装装透透明明石石英英盖盖板板EPROMEPROM ，只只能能写写入入一次，也称一次性编程存储器一次，也称一次性编程存储器OTP ROMOTP ROM。UVEPROMUVEPROM其其擦擦除除操操作作复复杂杂、需需离离线线进进行，并且擦除速度慢。行，并且擦除速度慢。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章46电子学教研室电子学教研室E E2 2PROMPROME E2 2PROMPROM可可以以用用电电信信号号擦擦除除，而而可可在在线线重新写入，并且也具有非易失性重新写入，并且也具有非易失性 。E E2 2PROMPROM其其擦擦除除和和写写入入的的时时间间仍仍很很长长，芯片正常工作时仍只能用作芯片正常工作时仍只能用作ROMROM。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章47电子学教研室电子学教研室快闪存储器快闪存储器闪存采用快闪叠栅闪存采用快闪叠栅MOSMOS管作为存储单元。管作为存储单元。闪闪存存是是目目前前最最常常见见的的EPROMEPROM，它它已已广广泛泛用用于于计计算算机机主主板板、显显卡卡及及网网卡卡等等扩扩展展卡卡的的BIOSBIOS存储器上。存储器上。各种存储卡、各种存储卡、U U盘内部用的都是闪存。盘内部用的都是闪存。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章48电子学教研室电子学教研室ROMROM的应用举例的应用举例ROMROM是是一一种种组组合合逻逻辑辑电电路路，因因此此可可以以用用它它来来实实现现各各种种组组合合逻逻辑辑函函数数，特特别别是是多多输入、多输出的逻辑函数。输入、多输出的逻辑函数。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章49电子学教研室电子学教研室设计方法设计方法列列出出其其真真值值表表或或将将表表达达式式转转换换成成最最小小项项的和的形式的和的形式将将ROMROM地地址址线线作作为为输输入入，数数据据线线作作为为输出，根据表达式接入存储器件。输出，根据表达式接入存储器件。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章50电子学教研室电子学教研室例例8-18-1 用用ROMROM实现以下多输出函数，并画实现以下多输出函数，并画出其存储矩阵连接图。出其存储矩阵连接图。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章51电子学教研室电子学教研室选用合适的选用合适的ROMROM多输出函数：多输出函数：4 4个输入变量和个输入变量和4 4个输出变量个输出变量选用选用2 24 444位的位的ROMROM来实现该电路。来实现该电路。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章52电子学教研室电子学教研室将函数表示成最小项的和的形式将函数表示成最小项的和的形式2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章53电子学教研室电子学教研室画出画出ROMROM存储矩阵连接图存储矩阵连接图以以圆圆点点代代替替存存储储器器件件，当当接接入入存存储储器器件件时代表存入时代表存入1 1，未接入器件代表存入，未接入器件代表存入0 0。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章54电子学教研室电子学教研室画出画出ROMROM存储矩阵连接图存储矩阵连接图2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章55电子学教研室电子学教研室存储器扩展存储器扩展 当当存存储储器器的的存存储储容容量量不不能能满满足足设设计计要要求求时，则需要对存储器进行扩展。时，则需要对存储器进行扩展。存储器扩展包括两种方式：存储器扩展包括两种方式：位扩展位扩展对对数据线数目数据线数目进行扩展。进行扩展。字扩展字扩展对对地址线数目地址线数目进行扩展。进行扩展。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章56电子学教研室电子学教研室存储器位扩展存储器位扩展当当存存储储器器数数据据位位数数不不满满足足要要求求时时，需需对对其进行其进行位扩展位扩展，即，即增加增加I/OI/O线数量线数量。位扩展方法位扩展方法1 1）将将其其读读/写写信信号号控控制制线线、片片选选线线和和地地址线连接在一起。址线连接在一起。2 2）将数据线并行输出。）将数据线并行输出。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章57电子学教研室电子学教研室27642764为为8K8 8K8 位位EPROMEPROM。试试用用27642764存存储储器器设设计计一一片片8K168K16位位的的EPROMEPROM。例：例：2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章58电子学教研室电子学教研室两者具有两者具有相同数量的地址线相同数量的地址线后者的数据线比前者多后者的数据线比前者多1 1倍倍。因因此此采采用用2 2片片27642764进进行行位位扩扩展展，便便可可获获得所需要的得所需要的EPROMEPROM。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章59电子学教研室电子学教研室2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章60电子学教研室电子学教研室存储器字扩展存储器字扩展当当存存储储器器的的地地址址线线数数量量不不能能满满足足设设计计要要求求时时，可可采采用用字字扩扩展展方方式式，即即增增加加地地址址线线数量数量。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章61电子学教研室电子学教研室存储器字扩展存储器字扩展字扩展方法字扩展方法1 1）将将各各芯芯片片数数据据线线、读读/写写控控制制线线、低低位地址线连接在一起位地址线连接在一起2 2）要要增增加加的的高高位位地地址址线线，通通过过译译码码电电路进行译码后分别接至各片的片选控制端路进行译码后分别接至各片的片选控制端3)3)位线连接在一起位线连接在一起2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章62电子学教研室电子学教研室16K8 16K8 位位EPROMEPROM2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章63电子学教研室电子学教研室存储器字和位同时扩展存储器字和位同时扩展当当存存储储器器的的地地址址线线和和数数据据线线数数量量均均不不能能满满足足设设计计要要求求时时，可可同同时时对对其其进进行行字字和和位位的扩展。的扩展。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章64电子学教研室电子学教研室存储器字和位同时扩展存储器字和位同时扩展例例8-4 21148-4 2114是是1K4 1K4 位位SRAMSRAM。试用该器件设计一片试用该器件设计一片2K82K8的的SRAMSRAM。所所设设计计的的SRAMSRAM地地址址线线和和数数据据线线比比21142114都分别多一根。都分别多一根。需进行字和位的同时扩展需进行字和位的同时扩展。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章65电子学教研室电子学教研室2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章66电子学教研室电子学教研室存储器的综合应用存储器的综合应用2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章67电子学教研室电子学教研室8.3 可编程逻辑器件可编程逻辑器件可可编编程程逻逻辑辑器器件件（PLDPLD）是是一一种种由由用用户户编程以实现某种逻辑功能的逻辑器件。编程以实现某种逻辑功能的逻辑器件。PLDPLD先先后后出出现现了了PROMPROM、PLAPLA、PALPAL、GALGAL、EPLDEPLD、CPLDCPLD、FPGAFPGA等多种品种。等多种品种。用用PLDPLD设设计计的的数数字字系系统统具具有有集集成成度度高高、速速度度快快、功功耗耗小小、可可靠靠性性高高等等优优点点，目目前前很多数字系统都采用了很多数字系统都采用了PLDPLD器件。器件。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章68电子学教研室电子学教研室根根据据集集成成度度，PLDPLD分分为为低低密密度度PLDPLD和和高高密度密度PLDPLD两大类两大类。低低密密度度PLDPLD的的集集成成密密度度一一般般小小于于每每片片700700个个等等效效门门，它它主主要要包包括括PROMPROM、PLAPLA、PALPAL和和GALGAL等器件；等器件；高高密密度度PLDPLD一一般般指指集集成成度度大大于于10001000门门/片的片的PLDPLD，如，如EPLDEPLD，CPLDCPLD和和FPGAFPGA。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章69电子学教研室电子学教研室低密度低密度PLD PLD 低密度低密度PLDPLD的基本电路结构框图的基本电路结构框图 输入电路为输入缓冲器输入电路为输入缓冲器 与阵列产生乘积项；与阵列产生乘积项；或阵列产生乘积项之和形式的函数；或阵列产生乘积项之和形式的函数；输出电路用于驱动负载，同时构成反馈。输出电路用于驱动负载，同时构成反馈。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章70电子学教研室电子学教研室输出结构输出结构输输出出结结构构可可以以是是组组合合结结构构、时时序序结结构构和和可可编编程程结结构构，以以实实现现各各种种组组合合逻逻辑辑和和时时序序逻辑功能。逻辑功能。类型类型阵阵 列列输输 出出 方方 式式与与或或 PROMPROM固定固定可编程可编程固定固定PLAPLA可编程可编程可编程可编程固定固定PALPAL可编程可编程固定固定固定固定GALGAL可编程可编程固定固定可编程可编程2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章71电子学教研室电子学教研室可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLAPLA由由一一个个“与与”阵阵列列和和一一个个“或或”阵阵列列组组成，成，“与与”阵列和阵列和“或或”阵列都是可编程。阵列都是可编程。Q2Q1Q0ABC“与与”阵阵 列列“或或”阵阵 列列PLAPLA的的存存储储容容量量用用输输入入变变量量数数(n)(n)、与与项项数数(p)(p)、输输出端数出端数(m)(m)来表示。来表示。3-6-3常见的有容量为常见的有容量为16-48-816-48-8和和14-96-814-96-8等等PLAPLA器件。器件。Programmable Logic Array2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章72电子学教研室电子学教研室PLAPLA具具有有体体积积小小、速速度度快快的的优优点点，但但编编程程周周期期较较长长，而而且且是是一一次次性性的的。由由于于这这种种器器件件的的资资源源利利用用率率低低，现现在在已已经经不不常常使使用用了。了。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章73电子学教研室电子学教研室可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PAL PAL PALPAL由由可可编编程程与与阵阵列列和和固固定定的的或或阵阵列列以以及输出逻辑及输出逻辑3 3部分组成。部分组成。Programmable Array Logic2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章74电子学教研室电子学教研室PALPAL具有具有4 4种输出方式种输出方式 与或输出结构与或输出结构可编的输入可编的输入/输出结构输出结构寄存器的输出结构寄存器的输出结构异或输出功能及反馈异或输出功能及反馈的寄存器输出的寄存器输出2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章75电子学教研室电子学教研室相相对对于于PROMPROM而而言言，使使用用更更灵灵活活，且且易易于于完完成成多多种种逻逻辑辑功功能能，同同时时又又比比PLAPLA工工艺艺简单，易于实现。简单，易于实现。PALPAL器器件件的的出出现现数数字字电电路路生生产产和和研研制制提提供了很大方便供了很大方便。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章76电子学教研室电子学教研室由由于于采采用用双双极极型型熔熔丝丝工工艺艺，只只能能一一次次性性编编程程，输输出出方方式式固固定定，不不能能重重新新，因因而而编编程较差。程较差。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章77电子学教研室电子学教研室通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALGAL采采用用了了电电擦擦除除、电电可可编编程程的的E E2 2PROMPROM工工艺制作。艺制作。GALGAL器器件件的的输输出出端端设设置置了了可可编编程程的的输输出出逻逻辑辑宏宏单单元元OLMCOLMC，通通过过编编程程可可以以将将OLMCOLMC设置成不同的输出方式。设置成不同的输出方式。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章78电子学教研室电子学教研室GAL16V8 GAL16V8 电路结构电路结构内内部部包包含含一一个个3232 6464位位的的可可编编程程与与逻逻辑辑阵阵列列，8 8个个输输出出逻逻辑辑宏宏单单元元，1010个个输输入入缓缓冲冲器器，8 8个个三三态态输输出出缓缓冲冲器器和和8 8个反馈个反馈/输入缓冲器。输入缓冲器。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章79电子学教研室电子学教研室OLMCOLMC的结构框图的结构框图 或或门门完完成成或或操操作作，有有8 8个个输输入入端端，固固定定接接收收来来自自“与与”逻逻辑辑阵阵列列的的输输出出，门门输输出出端端只只能能实实现现不不大大于于8 8个个乘乘积积项项的的与与或或逻逻辑辑函函数数；或或门门的的输输出出信信号号送送到到一一个个受受XORXOR（n n）信信号号控控制制的的异异或或门门，完成极性选择。完成极性选择。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章80电子学教研室电子学教研室2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章81电子学教研室电子学教研室高密度高密度PLDPLD高密度高密度PLDPLD一般是指：一般是指：复杂可编程器件复杂可编程器件CPLDCPLD（Complex Programmable Logic DeviceComplex Programmable Logic Device）现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA（Field Programmable Gate ArrayField Programmable Gate Array）。）。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章82电子学教研室电子学教研室CPLDCPLDCPLDCPLD是是从从PALPAL和和GALGAL器器件件发发展展出出来来的的器器件件包包括括高高密密度度CPLDCPLD和和低低密密度度CPLDCPLD两两种种 。特点：特点：以乘积项结构方式构成逻辑行为。以乘积项结构方式构成逻辑行为。2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章83电子学教研室电子学教研室2022/10/272022/10/27数数字字电电子子技技术术基基础础第第八八章章84电子学教研室电子学教研室FPGAFPGA是是作作为为专专用用集集成成电电路路（ASICASIC）领领域域中中的的一一种种半半定定制制电电路路而而出出现现的的，既既解解决决了了定定制制电电路路的的不不足足，又又克克服服了了原原有有可可编编程程器器件件门电路数有限的缺点。门电路数有限的缺点。特点：特点：以查表法结构方式构成逻辑行为。以查表法结构方式构成逻辑行为