第9章存储器与可编程逻辑器件

第9章存储器与可编程逻辑器件第9章存储器与可编程逻辑器件主要内容：9.1只读存储器9.2随机存取存储器9.3可编程逻辑器件第9章存储器与可编程逻辑器件目的和要求：1、掌握只读存储器的原理和分析；2、重点掌握ROM的原理和应用；3、掌握随机存储存储器的原理和应用；4、重点掌握RAM原理及其应用；5、掌握可编程逻辑器件原理及其应用；6、重点掌握PLD器的原理和应用。第9章存储器与可编程逻辑器件9.1只读存储器ROM的分类掩膜ROM：不能改写。PROM：只能改写一次。EPROM：可以改写多次。存储器的分类RAM：在工作时既能从中读出（取出）信息，又能随时写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。ROM：在工作时只能从中读出信息，不能写入信息，且断电后其所存信息在仍能保持。第9章存储器与可编程逻辑器件9.1.1ROM的结构数据输出…位线（数据线）A0A1An-1W0W1WN-1…DM-1…D1D0地址输入字线（选择线）……地址译码器存储矩阵读出电路N×M数据输出存储容量＝字线数×位线数＝N×M（位）存储单元地址第9章存储器与可编程逻辑器件9.1.2ROM的工作原理11读出电路位线A0A1W0W1W2W3D3D2D1D0地址输入字线数据输出+U地址译码器存储矩阵二极管与门阵列二极管或门阵列第9章存储器与可编程逻辑器件11A1A0W0W1W2W3&&&&D3D2D1D0≥1≥1≥1≥10101310010120101010132120101103AAAAWWDAAAAWWDAAAAAAWWWDAAAAWWD010AAW011AAW012AAW013AAW第9章存储器与可编程逻辑器件地址代码字线译码结果存储内容A1A0W0W1W2W3D3D2D1D00001101110000100001000011010110101100101结合电路图及上表可以看出，接有二极管的交叉点存1，末接二极管的交叉点存0。存储单元是存1还是存0，完全取决于只读存储器的存储需要，设计和制造时已完全确定，不能改变；而且信息存入后，即使断开电源，所存信息也不会消失。所以，只读存储器又称为固定存储器。存储内容第9章存储器与可编程逻辑器件D3D2D1D0W0=A1A0W1=A1A0W2=A1A0W3=A1A0地址译码器A1A0ROM的阵列图第9章存储器与可编程逻辑器件W0W1W2W3D3D2D1D0+UCC接有三极管的交叉点存1，末接三极管的交叉点存0。第9章存储器与可编程逻辑器件W0W1W2W3D3D2D1D0+UCC1111负载管接有场效应管的交叉点存1，末接场效应管的交叉点存0。第9章存储器与可编程逻辑器件字线位线熔断丝EPROM的存储单元第9章存储器与可编程逻辑器件9.1.3ROM的应用1、用ROM实现组合逻辑函数CBACBCAYCBBCABYBCACABYBAY4321ABC被选中的字线Y1Y2Y3Y400000101001110010111011110CBAW11CABW12CBAW13BCAW14CBAW15CBAW16CABW17ABCW00110000100111101010110101110110例用ROM实现下列一组逻辑函数。解（1）列真值表第9章存储器与可编程逻辑器件Y1Y2Y3Y4W0=ABCW1=ABCW2=ABCW3=ABCW4=ABCW5=ABCW6=ABCW7=ABC地址译码器ABC（2）选择合适的ROM，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。第9章存储器与可编程逻辑器件2、用ROM作函数运算表用ROM构成能实现函数y＝x2的运算表电路。例设x的取值范围为0～15的正整数，则对应的是4位二进制正整数，用B＝B3B2B1B0表示。根据y＝x2可算出y的最大值是152＝225，可以用8位二进制数Y＝Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。由此可列出Y＝B2即y＝x2的真值表。第9章存储器与可编程逻辑器件输入输出注B3B2B1B0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0十进制数0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111000000000000000100000100000010010001000000011001001001010011000101000000010100010110010001111001100100001010100111000100111000010149162536496481100121144169196225真值表第9章存储器与可编程逻辑器件0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0地址译码器B3B2B1B0W0W1W2W3W4W5W6W7W8W9W10W11W12W13W14W15阵列图第9章存储器与可编程逻辑器件3、用ROM作字符发生器电路输出缓冲器A2A1A0D4D3D2D1D0地址译码器用ROM存储字符Z第9章存储器与可编程逻辑器件9.2随机存取存储器RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。RAM中的每个寄存器称为一个字，寄存器中的每一位称为一个存储单元。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为1024×1位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为256×4位的RAM，就是一个有256个4位寄存器的RAM。9.2.1RAM的结构第9章存储器与可编程逻辑器件存储矩阵地址译码器读/写控制电路…………地址码输入片选读/写控制输入/输出由大量寄存器构成的矩阵用以决定访问哪个字单元用以决定芯片是否工作用以决定对被选中的单元是读还是写读出及写入数据的通道第9章存储器与可编程逻辑器件X0X1X2X318根列选择线Y0Y1　　…　　Y732根行选择线…容量为256×4RAM的存储矩阵存储单元1024个存储单元排成32行×32列的矩阵每根行选择线选择一行每根列选择线选择一个字列Y1＝1，X2＝1，位于X2和Y1交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中。第9章存储器与可编程逻辑器件地址的选择通过地址译码器来实现。地址译码器由行译码器和列译码器组成。行、列译码器的输出即为行、列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。A0A1A2A3A4X0X1X2X31…A5A6A7Y0Y1…Y7行译码器列译码器256×4RAM存储矩阵中，256个字需要8位地址码A7～A0。其中高3位A7～A5用于列译码输入，低5位A4～A0用于行译码输入。A7～A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉的字单元。00010001第9章存储器与可编程逻辑器件2423222120191817161514136116123456789101112A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVDDA8A9WEOEA10CSD7D6D5D4D3集成2kB×8位RAM6116写入控制端片选端输出使能端A0～A10：地址码输入端，D0～D7：数码输出端。第9章存储器与可编程逻辑器件9.2.2RAM容量的扩展I/O1024×1RAM(0)A0A1…A9R/WCSI/O0I/O1I/O1024×1RAM(7)A0A1…A9R/WCSI/O7………A0A1A9R/WCSI/O1024×1RAM(1)A0A1…A9R/WCS位扩展将地址线、读／写线和片选线对应地并联在一起输入／输出（I/O）分开使用作为字的各个位线第9章存储器与可编程逻辑器件A0A1A9R/WA10A11A12I/O0I/O1I/O3…………I/O2I/O0I/O1I/O2I/O31k×4RAM(7)A0A1…A9R/WCSI/O0I/O1I/O2I/O31k×4RAM(1)A0A1…A9R/WCSI/O0I/O1I/O2I/O31k×4RAM(0)A0A1…A9R/WCSY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y73线-8线译码器A0A1A2字扩展输入／输出（I/O）线并联要增加的地址线A10～A12与译码器的输入相连，译码器的输出分别接至8片RAM的片选控制端第9章存储器与可编程逻辑器件9.3可编程逻辑器件9.3.1PLD的基本结构输入电路与门阵列或门阵列……输入输出输入项与项或项输出电路1&≥1ABCDABCDY=A·C·DY=A+B+CAAA××(a)缓冲器画法(b)与门画法(c)或门画法PLD的基本结构门电路的简化画法第9章存储器与可编程逻辑器件9.3.2PLD分类分类与阵列或阵列输出电路PROM固定可编程固定PLA可编程可编程固定PAL可编程固定固定GAL可编程固定可组态第9章存储器与可编程逻辑器件1、用PROM实现组合逻辑函数9.3.3PLD应用例用PROM实现下列一组函数ABCCABBCACBAYADACDCADABYACCBBAYABCDDABCABBAY4321第9章存储器与可编程逻辑器件真值表ABCDY1Y2Y3Y400000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000000010001010001000101010110001010111011111111111111111111第9章存储器与可编程逻辑器件阵列图Y1Y2Y3Y40000W00001W10010W20011W30100W40101W50110W60111W71000W81001W91010W101011W111100W121101W131110W141111W15地址译码器ABCD第9章存储器与可编程逻辑器件用PLA实现逻辑函数的基本原理是基于函数的最简与或表达式例用PLA实现下列一组函数2、用PLA实现组合逻辑函数ABCCABBCACBAYADACDCADABYACCBBAYABCDDABCABBAY4321第9章存储器与可编程逻辑器件化简CAABYADACABYACBYAY4321阵列图111ABCD1Y1Y2Y3Y4P1P2P3P4P5P6第9章存储器与可编程逻辑器件本章小结(1)半导体存储器是现代数字系统尤其是计算机中的重要组成部分，有只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两大类，当前主要是用MOS工艺制造的大规模集成电路。存储器的存储容量用存储的二进制数的字数与每个字的位数的乘积来表示。存储器容量的扩展有位数的扩展和字数的扩展两种方式，通过扩展位数和字数，可以组成大容量的存储器。(2)ROM是一种非易失性的存储器。由于信息写入方式的不同，ROM可分为MROM、PROM、EPROM、EEPROM。从逻辑电路构成的角度来看，ROM是由与门阵列(地址译码器)和或门阵列(存储矩阵)构成的组合逻辑电路。因此，可用ROM来实现各种组合逻辑函数，也可用ROM来构成各种函数运算表电路或各种字符发生电路。第9章存储器与可编程逻辑器件(3)RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。RAM内存储的信息会因断电而消失，因而是一种易失性的存储器。RAM有SRAM和DRAM两种类型，SRAM用触发器记忆数据，DRAM靠MOS管栅极电容存储信息。因此，在不停电的情况下，SRAM的信息可以长久保持，而DRAM则必须定期刷新。(4)PLD是近期发展起来的新型大规模数字集成电路。PLD的最大特点是用户可以通过编程来设定其逻辑功能，因而PLD比通用的集成电路具有更大的灵活性，特别适合于新产品的开发。目前已开发出来的PLD器件及其开发系统种类很多，结构及性能各异。系统开发时，要根据所设计的目标选择合适的PLD器件及适