半导体储存器与可编程逻辑器件优秀PPT.ppt

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1、第1页，本讲稿共36页8.1 只读存储器只读存储器 各种存储器中结构最简单的一种。在正常工作时它存储的数据是各种存储器中结构最简单的一种。在正常工作时它存储的数据是固定不变的，只能读出，不能随时写入，故称只读存储器。固定不变的，只能读出，不能随时写入，故称只读存储器。二极管二极管ROM使用的器件类型使用的器件类型:双极型三极管双极型三极管ROM MOS管管ROM数据的写入方式数据的写入方式:固定固定ROM：无法更改，出厂时已定：无法更改，出厂时已定可编程可编程ROM（PROM）：用户只可写入一次）：用户只可写入一次可擦可编程可擦可编程ROM（EPROM）：可写可擦，但费时长，操作复杂）：可写可

2、擦，但费时长，操作复杂电抹可编程电抹可编程ROM（E2PROM）第2页，本讲稿共36页8.1.1 ROM的结构框图的结构框图存储输出存储输出存储输出存储输出读出电路读出电路读出电路读出电路存储矩阵存储矩阵存储矩阵存储矩阵地地地地址址址址译译译译码码码码器器器器N N MM位线位线位线位线（数据线）（数据线）（数据线）（数据线）字线（选择线）字线（选择线）字线（选择线）字线（选择线）地址输入地址输入地址输入地址输入A Ak-1k-1A A1 1A A0 0.WW0 0WW1 1WWN-1N-1D DM-1M-1D D0 0D D1 1.表示存表示存表示存表示存储容量储容量储容量储容量ROM主要结

3、构主要结构存储矩阵存储矩阵地址译码器地址译码器第3页，本讲稿共36页 1.1.存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码二进制数码“1”1”或或或或“0”0”。存储器是以字为单位进行存储的。存储器是以字为单位进行存储的。存储器是以字为单位进行存储的。存储器是以字为单位进行存储的。2.2.地址译码器：地址译码器：地址译码器：地址译码器：为了存取的方便，给每组存储单元以为了存取的方便，给每组存储单元以确定的标号，这个标号称为地址。图确定的标号，这个标号称为地址。图8.1.1中，中，WW0 0 WWN-1N-1称为字单元

4、的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输称为字单元的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输称为字单元的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输称为字单元的地址选择线，简称字线；地址译码器根据输入的代码从入的代码从入的代码从入的代码从WW0 0WWN-1N-1条字线中选择一条字线，确定与地址条字线中选择一条字线，确定与地址条字线中选择一条字线，确定与地址条字线中选择一条字线，确定与地址代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单代码相对应的一组存储单元位置。被选中的一组存储单元中的各位数码经位线元中

5、的各位数码经位线元中的各位数码经位线元中的各位数码经位线D D0D DM-1M-1传送到数据输出端。传送到数据输出端。传送到数据输出端。传送到数据输出端。第4页，本讲稿共36页8.1.2 ROM的工作原理的工作原理11A0A1地址输入地址输入W0W1W2W3A1A0+UA0A1读出电路读出电路存储输出存储输出D0D1D2D3存存存存“1”1”存存存存“0”0”地址译码器地址译码器存储矩阵存储矩阵字线字线位线位线第5页，本讲稿共36页四个地址的逻辑式分别为：四个地址的逻辑式分别为：地址译码器特点：地址译码器特点：地址译码器特点：地址译码器特点：（1 1）N N取一译码：即取一译码：即取一译码：即

6、取一译码：即N N条字线中，每次只能选中一条字线。条字线中，每次只能选中一条字线。条字线中，每次只能选中一条字线。条字线中，每次只能选中一条字线。图示电路为四选一译码。图示电路为四选一译码。图示电路为四选一译码。图示电路为四选一译码。（2 2）最小项译码：）最小项译码：n n个地址输入变量个地址输入变量个地址输入变量个地址输入变量A A0 0 A An最小项的最小项的数目为数目为N=2N=2n n。图示电路最小项为四个。图示电路最小项为四个。地址译码器是一个地址译码器是一个“与与与与”逻辑阵列逻辑阵列逻辑阵列逻辑阵列第6页，本讲稿共36页 N N取一译码及取一译码及取一译码及取一译码及ROMR

7、OM存储内容存储内容存储内容存储内容地址码地址码地址码地址码A A0 0A A1 10 00 00 10 11 01 01 11 1最小项及编号最小项及编号最小项及编号最小项及编号N N取一译码取一译码取一译码取一译码存储内容存储内容存储内容存储内容WW0 0WW1 1WW2 2WW3 3D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3mm0 0mm1 1mm2 2mm3 3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

8、1 0 0 0 0 1 1 1 0地址译码器是一个地址译码器是一个“与与”逻辑阵列逻辑阵列第7页，本讲稿共36页11A0A1字线字线位线位线读出电路读出电路地址译码器地址译码器存储矩阵存储矩阵地址输入地址输入W0W1W2W3D0D1D2D3A1A0+UA0A18.1.2 ROM的工作原理的工作原理“0”“0”0 0 0 1 导通导通导通导通 0 1 0 1导通导通导通导通第8页，本讲稿共36页8.1.2 ROM的工作原理的工作原理存储矩阵是一个存储矩阵是一个存储矩阵是一个存储矩阵是一个“或或或或”逻辑阵列逻辑阵列逻辑阵列逻辑阵列W3=A1A0m3m2W2=A1A0m1W1=A1A0m0W0=A

9、1A0A0A1地地址址译译码码器器D3D2D1D0有二极管有二极管有二极管有二极管无二极管无二极管无二极管无二极管第9页，本讲稿共36页2.2.双极型晶体管和双极型晶体管和双极型晶体管和双极型晶体管和MOS场效应管构成的存储矩阵场效应管构成的存储矩阵存存存存“1”1”存存存存“0”0”D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3第10页，本讲稿共36页2.2.双极型晶体管和双极型晶体管和双极型晶体管和双极型晶体管和MOSMOS场效应管构成的存储矩阵场效应管构成的存储矩阵 “1”“0”“0”“0”选中选中选中选中 1 1 0 1D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3导通导通导通导通第11页，本讲稿

10、共36页1D31D21D11D0W0W1W2W3负载管负载管+UDD“1”“0”“0”“0”选中选中选中选中 0 0 1 0 1 1 0 1导通导通导通导通第12页，本讲稿共36页1.ROM构成的全加器构成的全加器8.1.3 ROM的应用的应用 在数字系统中在数字系统中在数字系统中在数字系统中ROMROM的应用十分广泛，如组合逻辑、的应用十分广泛，如组合逻辑、的应用十分广泛，如组合逻辑、的应用十分广泛，如组合逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。波形变换、字符产生以及计算机的数据和程序存储等。波形变换、字符产生以及计算机的数据和程

11、序存储等。输入变量输入变量A 加数加数B 加数加数C0 低位进位数低位进位数输出变量输出变量S 本位和本位和C0 向高位进位数向高位进位数第13页，本讲稿共36页A B C0十进制十进制十进制十进制最小项最小项最小项最小项被选中被选中被选中被选中字线字线字线字线最小项最小项最小项最小项编号编号编号编号位线位线位线位线S SC C 0 0 00 0 0 0 0 10 0 1 0 1 00 1 0 0 1 10 1 1 1 0 01 0 0 1 0 11 0 1 1 1 01 1 0 1 1 11 1 10 01 12 23 34 45 56 67 7A AB BC C0 0A AB BC C0

12、0A AB BA AC C0 0A AC C0 0B BC C0 0B BC C0 0A AB BB BC C0 0A AC C0 0B BA AWW0 0=1=1WW1 1=1=1WW2 2=1=1WW3 3=1=1WW4 4=1=1WW5 5=1=1WW6 6=1=1WW7 7=1=1mm0 0mm1 1mm2 2mm3 3mm4 4mm5 5mm6 6mm7 7 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 全加器逻辑状态及三变量最小项编码全加器逻辑状态及三变量最小项编码全加器逻辑状态及三变量最小项编码全加

13、器逻辑状态及三变量最小项编码第14页，本讲稿共36页根据表根据表8.1.2可得：可得：WOm0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7SCABC最最最最小小小小项项项项译译译译码码码码器器器器第15页，本讲稿共36页2.ROM2.ROM构成的字符发生器构成的字符发生器构成的字符发生器构成的字符发生器 字符发生器常用于显示终端、打印机及其其字符发生器常用于显示终端、打印机及其其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在先存储在ROM的存储矩阵中，再以适当的方式的存储矩阵中，再以适当的方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱动显给出地址

14、码，某个字符就能读出来，并驱动显示器显示。示器显示。下面用下面用下面用下面用ROMROM构成的字符发生器显示字母构成的字符发生器显示字母R R来说来说来说来说明其工作原理。明其工作原理。明其工作原理。明其工作原理。第16页，本讲稿共36页(b)WOW1W2W3W4W5W6(a)000001010011100101110D4D3D2D1D0行行译译码码器器A2A1A0读出电路读出电路 由图可看出该字符显示器由由图可看出该字符显示器由7行行5 列构成存储矩阵，将字母列构成存储矩阵，将字母R的形状分割成若干部分并在相应的形状分割成若干部分并在相应的单元存入信息的单元存入信息“1”。当地址输入由。当地

15、址输入由 000110周期地循环变化时周期地循环变化时,即可逐行扫描各字线即可逐行扫描各字线,把字线把字线W0 W7所存储的字母所存储的字母“R”的字形信息从位线的字形信息从位线D0 D4读出。使显示设备一行读出。使显示设备一行行的显示出字形。行的显示出字形。第17页，本讲稿共36页8.2 随机存取存储器随机存取存储器 随机存取存储器（随机存取存储器（随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM），它能随时从任何一个指，它能随时从任何一个指，它能随时从任何一个指，它能随时从任何一个指定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信定地址的存储单元

16、中取出（读出）信息，也可随时将信定地址的存储单元中取出（读出）信息，也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读为读为读为读/写存储器。写存储器。写存储器。写存储器。优点：优点：读读/写方便写方便缺点：缺点：信息容易丢失，一旦断电，所存储器的信信息容易丢失，一旦断电，所存储器的信息会随之消失，不利于数据的长期保存。息会随之消失，不利于数据的长期保存。按存储单元的特性分为：按存储单元的特性分为：SRAM：静态随机存储器：静态随机存储器

17、DRAM：动态随机存储器：动态随机存储器第18页，本讲稿共36页地址输入地址输入An-1A0A1地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵数据线数据线读写读写/控制电路控制电路读读/写控制写控制(R/W)片选片选(CS)输入输入/输出输出 I/O.8.2.1 RAM8.2.1 RAM的结构和工作原理的结构和工作原理的结构和工作原理的结构和工作原理第19页，本讲稿共36页1.1.存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码数码数码数码“

18、1”或或“0”。与与ROMROM不同的是不同的是RAM存储单元的数据存储单元的数据存储单元的数据存储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。须由具有记忆功能的电路构成。须由具有记忆功能的电路构成。须由具有记忆功能的电路构成。2.地址译码器：地址译码器：地址译码器：地址译码器：也是也是也是也是N取一译码器。取一译码器。取一译码器。取一译码器。3.读读/写控制电路：写控制电路：当当R/W=1时，

19、执行读操作，时，执行读操作，R/W=0时，时，执行写操作。执行写操作。4.片选控制：片选控制：当当CS=0时，选中该片时，选中该片RAM工作，工作，CS=1时该片时该片RAM不工作。不工作。第20页，本讲稿共36页8.2.2 2114静态静态RAMMOS型型RAM静态静态RAM：管子数目多，功耗大，管子数目多，功耗大，但只要不断电，信息就永久保存。但只要不断电，信息就永久保存。动态动态动态动态RAMRAM：集成度高，功耗小，集成度高，功耗小，但必须定期给电容补充电荷，以但必须定期给电容补充电荷，以防存储信息的丢失。防存储信息的丢失。一般情况下，大容量的存储器使用动态一般情况下，大容量的存储器使

20、用动态一般情况下，大容量的存储器使用动态一般情况下，大容量的存储器使用动态RAMRAM；小容；小容；小容；小容量的存储器使用静态量的存储器使用静态量的存储器使用静态量的存储器使用静态RAMRAM。第21页，本讲稿共36页9GNDCS8A27A16A05A34A43A52A61I/O0A9A8A7UCC121011141315161718I/O1I/O2I/O3R/WRAM2114容量：容量：1024字字 4位位地址线：地址线：A9A0(210=1024)数据线：数据线：I/O3 I/O0第22页，本讲稿共36页1.RAM位数的扩展位数的扩展将几片的地址端、将几片的地址端、R/W端、端、CS端并

21、接在一起端并接在一起A9 A0 R/W CSRAM2114(1)I/O3I/O7I/O6I/O2IO/5I/O1I/O4I/O0A9 A0 R/W CSI/O3I/O2RAM2114(2)I/O1I/O0I/O0I/O3I/O2I/O1高四位高四位低四位低四位A9A0R/WCS地址码地址码第23页，本讲稿共36页2.RAM字数的扩展字数的扩展A A1111 A A0 0十二根地址线，组十二根地址线，组十二根地址线，组十二根地址线，组成成成成40964096字字字字 4 4位的位的位的位的RAMRAM.RAM 21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/

22、4线线译译码码器器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9 A0R/W CSA9 A0R/W CSA9 A0R/W CSA9 A0R/W CS第24页，本讲稿共36页.RAM 21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4线线译译码码器器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9 A0R/W CSA9 A0R/W CSA9 A0R/W CSA9 A0R/W CS00选中选中选中选中0第25页，本讲稿共36页 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLDPLD）它是由用户

23、自行定义功能）它是由用户自行定义功能）它是由用户自行定义功能）它是由用户自行定义功能（编程）的一类逻辑器件的总称。（编程）的一类逻辑器件的总称。（编程）的一类逻辑器件的总称。（编程）的一类逻辑器件的总称。输入电路输入电路与与阵列阵列或或阵列阵列输出电路输出电路.8.3 8.3 可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件第26页，本讲稿共36页PLDPLD中常用逻辑符号的含义中常用逻辑符号的含义中常用逻辑符号的含义中常用逻辑符号的含义多个输入端多个输入端多个输入端多个输入端“与与与与”门只用一根输入线表示，称门只用一根输入线表示，称门只用一根输入线表示，称门只用一根输入线表示，称乘

24、积线乘积线乘积线乘积线。输入变量输入变量输入变量输入变量A A、B B、C C的输入线和乘积线的交点有三种情况：的输入线和乘积线的交点有三种情况：的输入线和乘积线的交点有三种情况：的输入线和乘积线的交点有三种情况：(1)(1)黑点黑点黑点黑点“”表示该点为固定连接点，用户不能改变。表示该点为固定连接点，用户不能改变。表示该点为固定连接点，用户不能改变。表示该点为固定连接点，用户不能改变。(2)(2)叉点叉点叉点叉点“”表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的表示该点为用户定义编程点，出厂时此点是接通的,

25、用户可用户可用户可用户可根据需要断开或保持接通。根据需要断开或保持接通。根据需要断开或保持接通。根据需要断开或保持接通。(3)(3)既无黑点既无黑点既无黑点既无黑点“”也无叉点也无叉点也无叉点也无叉点“”时，表示该点是断开的或编程时擦时，表示该点是断开的或编程时擦时，表示该点是断开的或编程时擦时，表示该点是断开的或编程时擦除的。除的。除的。除的。A B C&YY=AC(a)ACB1Y(b)Y=A+B1Y(c)Y1=AY2=AAY1Y2第27页，本讲稿共36页8.3.1 可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器可编程只读存储器1.1.一次编程性只读存储器（一次编程性只读存储器（PROMP

26、ROM）厂家制造厂家制造厂家制造厂家制造PROMPROM时，使存储矩阵（时，使存储矩阵（“或或”阵列）的阵列）的所有存储单元的内容全为所有存储单元的内容全为“1”1”（或（或（或（或“0”0”），用户可根据），用户可根据），用户可根据），用户可根据自己的需要自行确定存储单元的内容。自己的需要自行确定存储单元的内容。自己的需要自行确定存储单元的内容。自己的需要自行确定存储单元的内容。熔断丝熔断丝位线位线字线字线存储存储“1”存储存储“0”第28页，本讲稿共36页A211A11A0&1D2D11D01或或阵列阵列与与阵列阵列WOW1W2W3W4W5W6W7固定固定“与与”阵列阵列可编程可编程“或或

27、”阵列阵列第29页，本讲稿共36页例例例例 试用试用试用试用PROMPROM产生一组逻辑函数。产生一组逻辑函数。产生一组逻辑函数。产生一组逻辑函数。解：解：解：解：(1)(1)由于由于由于由于PROMPROM的地址译码器是固定的最小项的地址译码器是固定的最小项的地址译码器是固定的最小项的地址译码器是固定的最小项“与与与与”阵列，所以需将阵列，所以需将阵列，所以需将阵列，所以需将Y Y0 0 Y Y2 2各式化为最小项形式。各式化为最小项形式。各式化为最小项形式。各式化为最小项形式。第30页，本讲稿共36页固定固定“与与”阵列阵列A11B1C1DY0Y1Y2m2m3m6m7m10m12m13m1

28、4可编程可编程“或或”阵列阵列(3)(3)由由由由Y Y0 0 Y Y2 2最小项画出最小项画出最小项画出最小项画出PROMPROM的编程阵列图的编程阵列图的编程阵列图的编程阵列图第31页，本讲稿共36页2.2.可改写型只读存储器可改写型只读存储器可改写型只读存储器可改写型只读存储器(EPROM）PROM只能只能一次一次编程，而编程，而EPROM则可则可多多次次擦去并重新写入擦去并重新写入 新内容。新内容。擦除方法：在擦除方法：在EPROM器件外壳上有透明的石器件外壳上有透明的石英窗口，用紫外线（或英窗口，用紫外线（或X射线）照射，即可完射线）照射，即可完成擦除操作。成擦除操作。3.电可改型只

29、读存储器电可改型只读存储器电可改型只读存储器电可改型只读存储器(E(E2 2PROMPROM）尽管尽管尽管尽管EPROM能实现擦除重写的目的，但由于紫外能实现擦除重写的目的，但由于紫外能实现擦除重写的目的，但由于紫外能实现擦除重写的目的，但由于紫外线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度也比较慢，为此，又产生了较慢，为此，又产生了较慢，为此，又产生了较慢，为此，又产生了E2 2PROMPROM。第32页，本讲稿共36页8.3.2 可编程逻辑阵列（可编程逻辑阵列（P

30、LA）PLAPLA与与与与PROM的结构相似，其区别在于的结构相似，其区别在于的结构相似，其区别在于的结构相似，其区别在于PLA译码译码器部分也可由用户自己编程。器部分也可由用户自己编程。1A21A11A0&1D2D11D01可编程可编程“或或”阵列阵列可编程可编程“与与”阵列阵列第33页，本讲稿共36页例例 试用试用试用试用PLAPLA产生例产生例2 2的一组逻辑函数。的一组逻辑函数。的一组逻辑函数。的一组逻辑函数。解：解：(1)由于由于PLA 的的“与与”阵列和阵列和“或或”阵列均阵列均可编程。因此，需将可编程。因此，需将Y0 Y2的的“与或与或”逻逻辑函数式化简，然后分别对其辑函数式化简

31、，然后分别对其“与与”阵列阵列和和“或或”阵列进行编程。阵列进行编程。第34页，本讲稿共36页1A1B1C1DY0Y1Y2可编程可编程“与与”阵列阵列与与PROM阵列阵列的编程相比的编程相比PLA的编程的编程简捷得多简捷得多可编程可编程“与与”阵列阵列第35页，本讲稿共36页8.3.3通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL）通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GALGAL）是一种可多次编程、可电是一种可多次编程、可电是一种可多次编程、可电是一种可多次编程、可电擦除擦除擦除擦除的通用逻辑器件，它具有功能很强的可编程的的通用逻辑器件，它具有功能很强的可编程的输出级，能灵活地改变工作

32、模式。输出级，能灵活地改变工作模式。GALGAL既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；其输既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；其输既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；其输既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；其输出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。此外，它出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。此外，它出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。此外，它出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。此外，它还可以设置加密位。由于还可以设置加密位。由于还可以设置加密位。由于还可以设置加密位。由于GALGAL芯片内部电路结构复杂，芯片内部电路结构复杂，具体分析从略。具体分析从略。第36页，本讲稿共36页