电子技术基础(数字部分)：7-1只读存储器 Read-Only-Memory

1、7.存储器、复杂可编程逻辑器存储器、复杂可编程逻辑器 和现场可编程门阵列和现场可编程门阵列 7.1 只读存储器只读存储器 7.2 随机存取存储器随机存取存储器 7.3 复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件 教学基本要求：教学基本要求： 掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址、等掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址、等 基本概念。基本概念。 掌握掌握RAM、ROM的工作原理及典型应用。的工作原理及典型应用。 了解存储器的存储单元的组成及工作了解存储器的存储单元的组成及工作原理。原理。 概概 述述 半导体存储器半导体存储器能存放大量二值信息的半导体器件。能存放大量二值信息的半导体器件。 按照集成

2、度划分，半导体存储器属于大规模集成电路。按照集成度划分，半导体存储器属于大规模集成电路。 可编程逻辑器件是一种通用器件，其逻辑功能是由用户可编程逻辑器件是一种通用器件，其逻辑功能是由用户 通过对器件的编程来设定的。它具有集成度高、结构灵通过对器件的编程来设定的。它具有集成度高、结构灵 活、处理速度快、可靠性高等优点。活、处理速度快、可靠性高等优点。 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标:存储量和存取速度存储量和存取速度 存取速度快存取速度快存储时间短存储时间短 存储数据量大存储数据量大存储容量大存储容量大 7.1 只读存储器只读存储器 Read-Only-Memory 7.1 .1 ROM

3、的的 定义与基本结构定义与基本结构 7.1.2 两维译码两维译码 7.1.3 可编程可编程ROM 7.1.4 集成电路集成电路ROM 7.1.5 ROM的读操作与时序图的读操作与时序图 7.1.6 ROM的应用举例的应用举例 存储器存储器 RAM (Random-Access Memory) ROM (Read-Only Memory) RAM(随机存取存储器随机存取存储器): 在运行状态可以随时进行读或写操作。在运行状态可以随时进行读或写操作。 存储的数据必须有电源供应才能保存存储的数据必须有电源供应才能保存, 一旦掉电一旦掉电, 数据全部丢失。数据全部丢失。 ROM(只读存储器只读存储器)

4、：在正常工作状态只能读出信息。：在正常工作状态只能读出信息。 断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）。断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）。 固定固定ROM 可编程可编程ROM PROM EPROM E2PROM SRAM(Static RAM)：静态：静态RAM DRAM (Dynamic RAM)：动态动态RAM 7.1 只读存储器只读存储器 几个基本概念：几个基本概念： 存储容量（存储容量（M)：存储二值信息的总量。：存储二值信息的总量。 字数：字的总量。字数：字的总量。 字长（位数）：表示一个信息的多位二进制码称为一个字，字长（位数）：表示一个信息

5、的多位二进制码称为一个字， 字的位数称为字长。字的位数称为字长。 存储容量（存储容量（M)字数字数位数位数 地址：每个字的编号。地址：每个字的编号。 字数字数=2n （n为存储器外部地址线的线数）为存储器外部地址线的线数） Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行 地地 址址 译译 码码 器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。以称为只读存储器。(Read-Only Memory) ROM的分类的分类 按写入情况划分按写入情况划

6、分 固定固定ROM 可编程可编程ROM PROM EPROM E2PROM 按存贮单元中按存贮单元中 器件划分器件划分 二极管二极管ROM 三极管三极管ROM MOS管管ROM 7.1 .1 ROM的的 定义与基本结构定义与基本结构 存储矩阵存储矩阵 地址译码器 地址译码器 地址输入地址输入 7.1.1 ROM的定义与基本结构的定义与基本结构 数据输出数据输出 控制信号输入控制信号输入输出控制电路输出控制电路 地址译码器地址译码器 存储矩阵存储矩阵 输出控制电路输出控制电路 1）ROM（二极管（二极管PROM）结构示意图结构示意图 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A

7、1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线- -4 线线 译译码码器器 存储存储 矩阵矩阵 位线位线 字线字线 输出控制电路输出控制电路 M=4 4 地址译码器地址译码器 D3 D2 D1 D0 +5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线- -4 线线 译码器译码器 字线与位线的交点都是一个字线与位线的交点都是一个 存储单元。交点处有二极管存储单元。交点处有二极管 相当存相当存1 1，无二极管相当存，无二极管相当存0 0 当当OE=1时输出为高阻状态时输出为高阻状态 00 01 01 11 1101 1110 1000 1101 地地 址址 A

8、1A0D3D2D1D0 内内 容容 当当OE=0时时 Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行 地地 址址 译译 码码 器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 7.1.2 两维译码两维译码 A6 A7 A4 A5 D0 +VD D R R R R Y0 Y1 Y14 Y15 4 线线 | 1 16 6 线线 译译 码码 器器 1 16 6 线线-1线线数数据据选选择择器器 A2 A3 A0 A1 A2 A3 A0 A1 S2 S3 S0 S1 I0 I1 I14 I15 Y 字线字线 存储存储 矩阵矩阵 位线位线 字线与位线的字线与位线的 交

9、点都是一个交点都是一个 存储单元。存储单元。 交点处有交点处有 MOS管相当存管相当存 0，无，无MOS管管 相当存相当存1。 7.1.2 两维译码两维译码 该存储器的容量该存储器的容量=? ROMROM，按存储内容存入方式的不同，按存储内容存入方式的不同， 可以分成固定可以分成固定ROMROM和可编程和可编程ROM.ROM. 可编程可编程ROM又可以细分为又可以细分为: n一次可编程存储器一次可编程存储器 PROM(Programmable ReadOnly Memory )、 n光可擦除可编程存储器光可擦除可编程存储器 EPROM(Erasable Programmable ReadOnl

10、y Memory )、 n电可擦除可编程存储器电可擦除可编程存储器E2PROM(Electrical Erasable Programmable ReadOnly Memory ) n快闪存储器快闪存储器(Flash Memory)等。等。 一、固定一、固定ROMROM： 又称掩模又称掩模ROMROM，这种，这种ROMROM在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据写入存储器在制造时，生产厂家利用掩模技术把数据写入存储器 中，一旦中，一旦ROMROM制成，其存储的数据也就固定不变了。制成，其存储的数据也就固定不变了。 二、二、PROM: (Programmable ReadOnly Memory )

11、 PROMPROM在出厂时，存在出厂时，存 储内容全为储内容全为1(1(或或 者全为者全为0)0)，用户，用户 可以根据自己的可以根据自己的 需要，利用通用需要，利用通用 或专用的编程器，或专用的编程器， 将某些单元改写将某些单元改写 为为0(0(或或1)1)。 三、 EPROM (Erasable Programmable ReadOnly Memory ) 最早研制成功并投入使用的最早研制成功并投入使用的EPROM是用紫外线照射擦除的，因此，是用紫外线照射擦除的，因此， 现在提到现在提到EPROM就是用这种紫外线照射擦除的可编程的就是用这种紫外线照射擦除的可编程的ROM (Ultra-Vi

12、olet Erasable Programmable ReadOnly Memory简称简称 UV EPROM) 四、四、 E2PROM (Electrical Erasable Programmable ReadOnly Memory ) 隧道区隧道区 五、快闪存储器五、快闪存储器 (Flash Memory)(Flash Memory) 小结： 固固 定定 又掩模又掩模 ROM 厂家根据其专用功能，制作时已把内容写入，厂家根据其专用功能，制作时已把内容写入， 出厂后，用户不能改写。出厂后，用户不能改写。 可可 编编 程程 PROM用户可通过编程器写入一次数据，以后不能用户可通过编程器写入一

13、次数据，以后不能 改写。改写。 EPROM可改写可改写20次左右。每次改写前，用紫外线擦次左右。每次改写前，用紫外线擦 除器照射抹掉原数据，在通过编程器写入新除器照射抹掉原数据，在通过编程器写入新 的数据。的数据。 E2PROM用户可随时改写数据。不需要专用的擦除器用户可随时改写数据。不需要专用的擦除器 和专用的编程器，掉电后仍能保持数据。和专用的编程器，掉电后仍能保持数据。 快闪存储快闪存储 器器 集成度更高，擦除更快捷。成本更低。使用集成度更高，擦除更快捷。成本更低。使用 更方便。更方便。 7.1.3 可编程可编程ROM（256X1位位EPROM） 256个存储单元排成个存储单元排成16

14、16的矩阵的矩阵 行译码器从行译码器从16行中选出要行中选出要 读的一行读的一行 列译码器再从选中的一行存列译码器再从选中的一行存 储单元中选出要读的一列的储单元中选出要读的一列的 一个存储单元。一个存储单元。 如选中的存储单元的如选中的存储单元的MOS管管 的浮栅注入了电荷，该管截的浮栅注入了电荷，该管截 止，读得止，读得1；相反读得；相反读得0 7.1.4 集成电路集成电路 ROM D7 D0 PGM 输输出出缓缓冲冲器器 Y 选选通通 存存储储阵阵列列 CE OE 控控制制逻逻辑辑 Y 译译码码 X 译译码码 A16 A0 VPP GND VCC AT27C010， 128K 8位位RO

15、M CEOEPGM工作模式工作模式A16 A0VPPD7 D0 读读00XAiX数据输出数据输出 输出无效输出无效X1XXX高阻高阻 等待等待1XXAiX高阻高阻 快速编程快速编程010AiVPP数据输入数据输入 编程校验编程校验001AiVPP数据输出数据输出 7.1.5 ROM的读操作与时序图的读操作与时序图 （2）加入有效的片选信号）加入有效的片选信号CE OE（3）使输出使能信号）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数有效，经过一定延时后，有效数 据出现在数据线上；据出现在数据线上； CEOE（4）让片选信号）让片选信号 或输出使能信号或输出使能信号 无效，经过一定延无效，经过一

16、定延 时后数据线呈高阻态，本次读出结束。时后数据线呈高阻态，本次读出结束。 （1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端； tCE tAA 读读出出单单元元的的地地址址有有效效 CE tOE OE D7 D0 数数据据输输出出有有效效 tOZ tOH A16 A0 （1） 用于存储固定的专用程序用于存储固定的专用程序 （2） 利用利用ROM可实现查表或码制变换等功能可实现查表或码制变换等功能 查表功能查表功能 查某个角度的三角函数查某个角度的三角函数 把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作 为存放在该地

17、址内的数据，这称为为存放在该地址内的数据，这称为 “造表造表”。使用时，。使用时， 根据输入的地址根据输入的地址(角度角度)，就可在输出端得到所需的函数，就可在输出端得到所需的函数 值，这就称为值，这就称为“查表查表”。 码制变换码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的把欲变换的编码作为地址，把最终的 目的编码作为相应存储单元中的内容即可。目的编码作为相应存储单元中的内容即可。 7.1.6 ROM的应用举例的应用举例 C I3 I2 I1 I0 二进制码二进制码 O3O2O1O0 格雷码格雷码 C I3 I2 I1 I0 格雷码格雷码 O3O2O1O0 二进制码二进制码 00 0 0 00

18、0 0 010 0 0 00 0 0 0 00 0 0 10 0 0 110 0 0 10 0 0 1 00 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 1 00 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0 1 0 00 1 0 00 1 1 010 1 0 00 1 1 1 00 1 0 10 1 1 110 1 0 10 1 1 0 00 1 1 00 1 0 110 1 1 00 1 0 0 00 1 1 10 1 0 010 1 1 10 1 0 1 01 0 0 01 1 0 011 0 0 01 1 1 1 01 0 0 11 1 0 111 0 0 11 1 1 0

19、01 0 1 01 1 1 111 0 1 01 1 0 0 01 0 1 11 1 1 011 0 1 11 1 0 1 01 1 0 01 0 1 011 1 0 01 0 0 0 01 1 0 11 0 1 111 1 0 11 0 0 1 01 1 1 01 0 0 111 1 1 01 0 1 1 01 1 1 11 0 0 011 1 1 11 0 1 0 用用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路实现二进制码与格雷码相互转换的电路 C (A4) I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 二进制码二进制码 O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 格雷码格雷码 C (A4) I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 格雷码格雷码 O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 二进制码二进制码 00 0 0 00 0 0 010 0 0 00 0 0 0 00 0 0 10 0 0 110 0 0 10 0 0 1 00 0 1 00 0 1 110 0 1 00 0 1 1 00 0 1 10 0 1 010 0 1 10 0