数字电路与系统第8章-w1

1、数字电路与系统第8章1第第8 8章章 存储器与可编程逻辑器件存储器与可编程逻辑器件数字系统设计中可供选用的三类基本器件数字系统设计中可供选用的三类基本器件 中、小规模标准逻辑模块；中、小规模标准逻辑模块； 微处理器（微处理器（Microprocessor）；）； 专用集成电路专用集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）：全定制和半定制。）：全定制和半定制。 全定制：全定制： 各种专用电路各种专用电路 半定制半定制： 门阵列门阵列-GA 标准单元标准单元-SC 可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic De

2、vice）数字电路与系统第8章28.1 可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述8.1.1 PLD的发展简史的发展简史 20世纪世纪70年代年代：熔丝编程的：熔丝编程的PROM（Programmable Read Only Memory）和）和PLA（Programmable Logic Array）。）。 20世纪世纪70年代末年代末： AMD公司推出了熔丝编程的公司推出了熔丝编程的PAL（Programmable Array Logic）。）。 20世纪世纪80年代初年代初： Lattice公司首先生产出了可电擦写的、公司首先生产出了可电擦写的、 比比PAL使用更灵活的使用更灵活的GAL（Ge

3、neric Array Logic）。）。 可编程只读存储器可编程只读存储器可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑通用阵列逻辑通用阵列逻辑数字电路与系统第8章3 20世纪世纪80年代中期年代中期： Xilinx公司提出了现场可编程的概念，公司提出了现场可编程的概念， 同时生产出了世界上第一片同时生产出了世界上第一片FPGA（Field Programmable Gate Array）器件。）器件。 同一时期，同一时期， Altera公司推出了公司推出了EPLD（Erasable PLD），它比），它比GAL具有更高的集成度，具有更高的集成度， 可以用紫外线或电擦除。可以用紫外

4、线或电擦除。 20世纪世纪80年代末年代末： Lattice公司又提出了公司又提出了在系统可编程在系统可编程（ ISP, In System Programmability）的概念，并推出了一系列具有在系）的概念，并推出了一系列具有在系统可编程能力的统可编程能力的CPLD（Complex PLD）器件。此后，其它）器件。此后，其它PLD生生产厂家都相继采用了产厂家都相继采用了ISP技术。技术。 现场可编程门阵列现场可编程门阵列可擦除可编程逻辑器件可擦除可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件数字电路与系统第8章4 20世纪世纪90年代后年代后： 规模越来越大规模越来越大：集成度在：集

5、成度在300万门以上万门以上 速度越来越高速度越来越高：系统频率为：系统频率为100MHz以上以上 电路结构越来越灵活，电路结构越来越灵活， 电路资源更加丰富电路资源更加丰富：集成：集成了微处理器、数字信号处理单元和存储器等。仅用一了微处理器、数字信号处理单元和存储器等。仅用一片可编程逻辑器件就可实现一个完整的数字系统，即片可编程逻辑器件就可实现一个完整的数字系统，即构成所谓的构成所谓的片上系统片上系统SOC（System On Chip）。）。 数字电路与系统第8章58.1.2 PLD的分类的分类 1 按集成度分类按集成度分类 LDPLD（LowDensity PLD）：低密度可编程逻辑器件

6、）：低密度可编程逻辑器件如：如： PROM、PLA、PAL和和GAL器件器件 HDPLD（HighDensity PLD）：高密度可编程逻辑器件）：高密度可编程逻辑器件 EPLD、CPLD和和FPGA器件属于器件属于HDPLD划分标准划分标准：GAL22V10，密度，大致为，密度，大致为500750门之间门之间 。 2 按基本结构分类按基本结构分类 PLD：与：与-或阵列或阵列LDPLD（PROM、 PLA、 PAL、 GAL）、）、 EPLD、 CPLD的基本结构都是与的基本结构都是与-或阵列或阵列FPGA：门阵列结构：门阵列结构数字电路与系统第8章6 3 按编程工艺分类按编程工艺分类 编程

7、工艺，编程工艺， 是指在可编程逻辑器件中可编程元件的类型。是指在可编程逻辑器件中可编程元件的类型。 熔丝（熔丝（Fuse）或反熔丝（）或反熔丝（Anti-Fuse）编程器件。）编程器件。 UVEPROM编程器件，编程器件， 即紫外线擦除即紫外线擦除/电气编程器件。电气编程器件。 E2PROM编程器件，即电可擦写编程器件。编程器件，即电可擦写编程器件。 Flash Memory（闪速存储器）编程器件（闪速存储器）编程器件 SRAM编程器件。编程器件。非非易易失失性性器器件件易失性器件易失性器件一次性编程一次性编程（OTP）器件数字电路与系统第8章7其它分类方法其它分类方法制造工艺制造工艺：双极型

8、和：双极型和MOS型；型；复杂程度复杂程度：简单可编程逻辑器件：简单可编程逻辑器件SPLD（Simple PLD）和复杂）和复杂可编程逻辑器件可编程逻辑器件CPLD， 将将FPGA也归于也归于CPLD中。中。 在各类可编程逻辑器件中，目前大量生产和广泛应用的是以在各类可编程逻辑器件中，目前大量生产和广泛应用的是以CPLD和和FPGA为代表的为代表的HDPLD， 它们都采用它们都采用CMOS制造工艺，制造工艺， 编程工艺大多采用编程工艺大多采用SRAM或或E2PROM。数字电路与系统第8章88-2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM） 随机存储器随机存储器的特点是：在工作过程中，既可的特点是

9、：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称称 RAM 。Random Access Memory. RAM 按功能可分为按功能可分为 静态、动态两类；静态、动态两类； RAM 按所用器件又可分为双极型和按所用器件又可分为双极型和 MOS型型两种。两种。数字电路与系统第8章98-2-1 静态静态RAM（Static RAM）WiDD符号符号VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线数字电路与系统第

10、8章10一、基本存储单元的工作原理一、基本存储单元的工作原理:VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字线字线数数据据线线数数据据线线VCCT2T1T3T4 由由T1、 T2、T3、T4 构成基本构成基本R-S触发器触发器，它是存储信息的基本它是存储信息的基本单元。单元。 T5和和T6是门控管，是门控管，由字线由字线Wi控制导通或控制导通或截止：截止：Wi1，导通，导通，否则截止。否则截止。增强型增强型 NMOS数字电路与系统第8章11 门控管门控管T5和和T6导导通时，读、写操作通时，读、写操作由读写控制端由读写控制端R/W控制：控制：R/W=0时，时，1、3门门打开

11、，数据由打开，数据由I/O端端送入存储器，完成送入存储器，完成写操作；写操作；R/W=1时，时，1、3门门关闭，关闭，2门打开，门打开，数据由数据由I/O线读出。线读出。VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4数数据据线线数数据据线线字字线线123数字电路与系统第8章12D1W3W2W1W0地地址址译译码码器器读写及输入读写及输入/输出控制输出控制I / O1I / O0CSR / WA0A1D1D0D0存存储储矩矩阵阵二、存储器的整体结构二、存储器的整体结构数字电路与系统第8章13三、三、84位位 SRAMA0A1A2 DI3 DI2 DI1 D

12、I0 DO3 DO2 DO1 DO084位位 SRAM 图形符号图形符号 存储单元简图存储单元简图数字电路与系统第8章14 SRAM的写操作时序的写操作时序地址有效地址有效片选有效片选有效数据有效数据有效读写有效读写有效数字电路与系统第8章15 SRAM的读操作时序的读操作时序数字电路与系统第8章168-2-2 动态动态RAM（Dynamic RAM） DRAM的优点的优点: 存储容量大存储容量大, 集成度高集成度高 DRAM的缺点的缺点: 需要定时刷新需要定时刷新数字电路与系统第8章17DRAM的结构的结构 数字电路与系统第8章188-2-3 RAM的扩展与应用的扩展与应用 一、容量扩展一、

13、容量扩展 位扩展：存储器并行数据位数的扩展位扩展：存储器并行数据位数的扩展 字扩展：存储深度的扩展字扩展：存储深度的扩展数字电路与系统第8章19 字扩展：存储深度的扩展字扩展：存储深度的扩展 低位地址低位地址直接相连直接相连高位地址高位地址译出片选译出片选数字电路与系统第8章20常用常用RAM组件：组件： RAM2114：共有共有10根地址线，根地址线，4根数据线。根数据线。 容量为：容量为：1024字字4位（即位（即1K4）RAM6116：共有共有11根地址线，根地址线，8根数据线。根数据线。 容量为：容量为：2048字字8位（又称为位（又称为2K8） AM21L41：共有共有12根地址线，

14、根地址线，1根数据线。根数据线。故其容量为：故其容量为：4096字字1位（即位（即4K1） AM12168：共有共有12根地址线，根地址线，4根数据线。根数据线。 容量为：容量为：4096字字4位（即位（即4K4）数字电路与系统第8章21RAM2114、6116的管脚图的管脚图123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R / WRAM 2114 管脚图管脚图2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM 6116 管脚图管脚图

15、A2A711112141324A8D5D6D7RDWR数字电路与系统第8章222114容量的扩展容量的扩展D7A9A0R/W CSD1D3D2D0A9A0R/W CSD1D3D2D0. . . . .D6D5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114 (1)2114 (2)用两片用两片2114 将位数由将位数由 4位扩展到位扩展到 8位位 1. 位数的扩展位数的扩展：把各片对应的地址线连接在一起，：把各片对应的地址线连接在一起，数据线并列使用即可。接线如下图：数据线并列使用即可。接线如下图：数字电路与系统第8章232. 字数的扩展：字数的扩展：CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D32 4译译码码器器A11A10A0A9D3D2D1D02114 (1)2114 (2)2114 (3)2114 (4)R/WY0Y374LS139译码器输出作译码器输出作为芯片选择信号为芯片选择信号A11A10选中片序号选中片序号 对应的存储单元对应的存储单元0 00 11 01 12114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000 10231024 20472048 30713072 4095高位地址和存储单元