集成电路 (9)课件

概述第9章大规模集成电路本章小结随机存取存储器(RAM)

只读存储器(ROM)

主要要求：

了解ROM的类型和结构，理解其工作原理。了解集成EPROM的使用。理解字、位、存储容量等概念。9.1只读存储器了解半导体存储器的作用、类型与特点。例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在ROM中的。计算机接通电源后，首先运行它，对计算机硬件系统进行自检和初始化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常工作。二、半导体存储器的类型与特点只读存储器(ROM，

即Read-OnlyMemory)随机存取存储器(RAM，

即RandomAccessMemory)RAM既能读出信息又能写入信息。它用于存放需经常改变的信息，断电后其数据将丢失。常用于存放临时性数据或中间结果。例如计算机内存就是RAMROM

在工作时只能读出信息而不能写入信息。它用于存放固定不变的信息，断电后其数据不会丢失。常用于存放程序、常数、表格等。

一、半导体存储器的作用

存放二值数据

二、ROM的结构和工作原理44二极管ROM的结构和工作原理动画演示(一)

存储矩阵由存储单元按字(Word)和位(Bit)构成的距阵

由存储距阵、地址译码器(和读出电路)组成44存储矩阵结构示意图

W3W2W1W0D3D2D1D0字线位线字线与位线的交叉点即为存储单元。每个存储单元可以存储1位二进制数。交叉处的圆点“”表示存储“1”；交叉处无圆点表示存储“0”。当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线D3~D0输出。

单击鼠标请看演示

10111011从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长，即字长=位数。W31.存储矩阵的结构与工作原理

2.存储容量及其表示用“M”表示“1024K”，即1M=1024K=210K=220。2.存储容量及其表示

指存储器中存储单元的数量例如，一个328的ROM，表示它有32个字，

字长为8位，存储容量是328=256。

对于大容量的ROM

常用“K”表示“1024”，即1K=1024=210；例如，一个64K8的ROM，表示它有64K个字，

字长为8位，存储容量是64K8=512K。

一般用“字数字长(即位数)”表示(2)PROM的存储单元结构

PROM出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为

全1(或全0)。用户可借助编程工具将某些单元改写为0

(或1),这只要将需储0(或1)单元的熔丝烧断即可。熔丝烧断后不可恢复，因此PROM只能一次编程。

二极管ROM

TTL-ROM

MOS-ROM

Wi

Dj

Wi

Dj

VCC

Wi

Dj

+VDD

1熔丝熔丝熔丝(3)可擦除PROM的存储单元结构

EPROM利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免破坏芯片内信息。E2PROM可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次完成，性能更优越。用一个特殊的浮栅MOS管替代熔丝。刚才介绍了ROM中的存储距阵，下面将学习ROM中的地址译码器。(二)地址译码器(二)

地址译码器（P264）从ROM中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字线，使该字内容通过位线输出。例如，某ROM有4位地址码，则可选择24=16个字。

设输入地址码为1010，则字线W10被选中，该

字内容通过位线输出。存储矩阵中存储单元的编址方式单译码编址方式双译码编址方式适用于小容量存储器。适用于大容量存储器。A5≈A7≈行地址译码器W0W1W15W31W16W17A0A1A3W255W240W241X0X1X15A4≈………双地址译码方式256字存储器的结构图A2列

地

址

译

码

器A6Y1Y15Y0又称双译码编址方式或双地址寻址方式地址码分成行地址码和列地址码两组2.双地址译码方式基本单元

为字单元例如当

A7~A0=00001111时，X15和Y0地址线均

为高电平，字W15被选中，其存储内容被读出。若采用单地址译码方式，则需256根内部地址线。256字存储器需要8根地址线，分为A7~A4和A3~A0两组。A3~A0送入行地址译码器，产生16根行地址线(Xi)；A7~A4送入列地址译码器，产生16根列地址线(Yi)。存储矩阵中的某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。三、集成EPROM举例27系列EPROM是最常用的EPROM，型号从2716、2732、2764一直到27C040。存储容量分别为2K8、4K8一直到512K8。下面以Intel2716为例，介绍其功能及使用方法。VCCIntel2716A8A9VPPOEA10CSD7D6D5D4D3A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112242322212019181716151413A10~A0为地址码输入端。D7~D0为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。VCC和GND：+5V工作电源和地。VPP为编程高电平输入端。编程时加+25V

电压，工作时加+5V

电压。

(一)引脚图及其功能CS有两种功能：

(1)工作时为片选使能端，低电

平有效。CS=0时，芯片被

选中，处于工作状态。

(2)编程时为编程脉冲输入端。OE为允许数据输出端，低电平有效。OE=0时，允许读出数据；OE=1时，不能读出数据。存储容量为2K字

(3)编程方式：OE=1，在VPP加入25V编程电压，在地址线上输入单元地址，数据线上输入要写入的数据后，在CS端送入50ms宽的编程正脉冲，数据就被写入到由地址码确定的存储单元中。(4)编程禁止：在编程方式下，如果CS端不送入编程正脉冲，而保持低电平，则芯片不能被编程，此时为编程禁止方式，数据端为高阻隔离态。(5)编程检验：当VPP=+25V，CS和OE均为有效电平时，送入地址码，可以读出相应存储单元中的数据，以便检验。主要要求：

了解RAM的类型、结构和工作原理。了解RAM和ROM的异同。9.3随机存取存储器

一、RAM的结构、类型和工作原理地址译码器存储矩阵读/写控制电路2n

mRAM的结构图

A0A0An-1………I/O0I/O1I/Om-1R/WCSRAM分类静态RAM(即StaticRAM，简称SRAM)动态RAM(即DynamicRAM，简称DRAM)DRAM存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较

慢，且需要刷新及读出放大器等外围电路。

DRAM的存储单元是利用MOS管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。SRAM存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。

二、集成RAM举例A0~A9为地址码输入端。

4个I/O脚为双向数据线，用于读出或写入数据。VDD接+5V。R/W为读/写控制端。当R/W=1时，从I/O线读出数据；当R/W=0时，将从I/O线输入的数据写入RAM。VDDIntel2114A7A8A9I/OI/OI/OI/OR/WA6A5A4A3A0A1A2CSGND1234567891817161514131211101K4位SRAMIntel2114引脚图信号与TTL电平兼容。CS为片选控制端，低电平有效。CS=1时，读/写控制电路处于禁止状态，不能对芯片进行读/写操作。当CS=0时，允许芯片读/写操作。存储矩阵有1K个字，每个字4位。1K=1024=210，故需10根地址输入线。主要要求：

了解可编程逻辑器件的基本结构与类型。9.2可编程逻辑器件简介二、可编程逻辑器件的基本结构PLD的基本结构图输入电路与阵列输出电路或阵列输入项乘积项或项输入输出二、可编程逻辑器件的基本结构输入缓冲电路用以产生输入变量的原变量和反变量，并提供足够的驱动能力。

输入缓冲电路

(a)一般画法(b)PLD中的习惯画法(a)(b)AAAAAA由多个多输入与门组成，用以产生输入变量的各乘积项。例如

CABCCABBAW7=ABCABCW0=与阵列PLD的基本结构图输入电路与阵列输出电路或阵列输入项乘积项或项输入输出二、可编程逻辑器件的基本结构PLD器件中连接的习惯画法固定连接可编程连接断开连接PLD中与门和或门的习惯画法(a)(b)YCABCBAACBYYYCBA≥1由图可得Y1=ABC+ABC+ABCY2=ABC+ABCY3=ABC+ABC例如

ABC●●●Y3Y2Y1●●●●●●●●●●●●●与阵列或阵列PLD的基本结构图输入电路与阵列输出电路或阵列输入项乘积项或项输入输出由多个多输入或门组成，用以产生或项，即将输入的某些乘积项相加。二、可编程逻辑器件的基本结构

由PLD结构可知，从输出端可得到输入变量的乘积项之和，因此可实现任何组合逻辑函数。再配以触发器，就可实现时序逻辑函数。PLD的基本结构图输入电路与阵列输出电路或阵列输入项乘积项或项输入输出PLD的输出回路因器件的不同而有所不同，但总体可分为固定输出和可组态输出两大类。二、可编程逻辑器件的基本结构

(一)按可编程部位分类类型与阵列或阵列输出电路PROM(即可编程ROM)固定可编程固定PLA(即ProgrammableLogicArray，可编程逻辑阵列)可编程可编程固定PAL(即ProgrammableArrayLogic，可编程阵列逻辑)可编程固定固定GAL(即GeneticArrayLogic，通用阵列逻辑)可编程固定可组态

PROM、PAL和GAL只有一种阵列可编程，称为半场可编程逻辑器件，PLA的与阵列和或阵列均可编程，称为全场可编程逻辑器件。三、可编程逻辑器件的类型目前多用GAL。因为GAL可重复编程、工作速度高、价格低、具有强大的编程工具和软件支撑，并且用可编程的输出逻辑宏单元取代了固定输出电路，因而功能更强。通常简称HDPLD阵列型HDPLD主要优点：速度快，实现数据处理能力强；FPGA主要优点：容量大，实现逻辑控制的能力强。低密度PLD高密度PLD(即HighDensityPLD，简称HDPLD)阵列型HDPLD

现场可编程门阵列HDPLD

集成度>1000门的PLD称为HDPLD

(二)按集成密度分类FieldProgrammableGate

Array，简称FPGA。PROM、PLA、PAL和GAL均属低密度PLD。ISP器件由于密度和性能持续提高，价格持续降低，开发工具不断完善，因此正得到越来越广泛的应用。在系统可编程逻辑器件普通PLD普通PLD需要使用编程器进行编程，

而ISP器件不需要编程器。

(三)按编程方式分类即In-SystemProgrammablePLD

(简称ispPLD)半导体存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可存储一位二进制数。根据存取功能的不同，半导体存储器分为只读存储器(ROM)和