第十章存储器与可编程逻辑器件

第十章存储器和可编程逻辑器件第一节只读存储器第二节随机存储器第三节可编程逻辑器件半导体存储器按功能分只读存储器（ROM）随机存取存储（RAM）按元件双极型存储器:速度快，功耗大。MOS型存储器:速度较慢，功耗小，集成度高。存储器是计算机和数字电路系统的重要组成部分ROM用于存放固定不变的信息，工作时只能读出，不能写入。RAM即可以读出，又可以写入，但断电时，原写入的信息会丢失。可编程逻辑器件可根据需要设定它的逻辑功能

第一节只读存储器一、固定只读存储器ROM的结构框图存储输出读出电路存储矩阵地址译码器N×M位线（数据线）字线（选择线）地址输入AN-1A1A0......W0W1WN-1DM-1D0D1......表示存储容量1、结构（1）存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。存储器是以字为单位进行存储的。图中有N×M个存储单元。（2）地址译码器：图中W0~WN-1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W0~WN-1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元中的各位数码经位线D0~DM-1传送到数据输出端。ROM主要结构存储矩阵地址译码器输出电路2、ROM的工作原理二极管ROM电路11A0A1字线位线读出电路地址译码器存储矩阵存储输出地址输入W0W1W2W3D0D1D2D3A1A0+UA0A1存“1”存“0”

(1)存储矩阵图中的存储矩阵有四条字线和四条位线。共有十六个交叉点，每个交叉点都可看作一个存储单元。交叉点处接有二极管时，相当于存“1”；交叉点处没有接二极管时，相当于存“0”；如：字线W0与位线有四个交叉点，其中与位线D0和D2交叉处接有二极管。当选中W0（为高电平）字线时，两个二极管导通，使位线D0和D2为“1”，这相当于接有二极管的交叉点存“1”。交叉点处没有接二极管处，相当于存“0”；位线D1和D3为“0”，这相当于没接有二极管的交叉点存“0”。ROM的特点：存储单元存“0”还是存“1”是在设计和制造时已确定，不能改变；而且存入信息后，即使断开电源，所存信息也不会消失，所以ROM也称固定存储器。(2)地址译码器图中是一个二极管译码器，两位地址代码A1A0可指定四个不同的地址。四个地址的逻辑式分别为：地址译码器特点：（1）N取一译码：即N条字线中，每次只能选中一条字线。图示电路为四选一译码。（2）最小项译码：n个地址输入变量A0~An最小项的数目为N=2n。图示电路最小项为四个。地址译码器是一个“与”逻辑阵列上图存储器的内容地址码A0A100011011最小项及编号N取一译码存储内容W0W1W2W3D0D1D2D3m0m1m2m3000101010010101101000100

10001110从表中可看出：地址译码器是一个“与”逻辑阵列11A0A1字线位线读出电路地址译码器存储矩阵地址输入W0W1W2W3D0D1D2D3A1A0+UA0A1“0”“0”0001导通0101导通二极管ROM存储器存储器与可编程逻辑阵列中常用的逻辑符号

在图(a)中,多个输入端“与”门只用一根输入线表示，称乘积线。输入变量A、B、C的输入线和乘积线的交点有三种情况：(1)黑点“•”为固定连接点，用户不能改变。(2)叉点“”为用户定义编程点，出厂时此点是接通的,用户可根据需要断开或保持接通。(3)既无“•”也无“”时，表示该点是断开的或编程时擦除的，其对应的变量B不是“与”门的输入量。ABC&FF=AC(a)ACB≥1F(b)F=A+C1(c)F1=AF2=AAF1F2存储矩阵是一个“或”逻辑阵列W3=A1A0m3m2W2=A1A0m1W1=A1A0m0W0=A1A0A0A1地址译码器D3D2D1D0简化的ROM存储矩阵阵列图有二极管无二极管二、可编程序只读存储器

双极型存储矩阵存“1”存“0”D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3“1”“0”“0”“0”选中1101D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3导通1D31D21D11D0W0W1W2W3负载管+UDD

MOS型存储矩阵“1”“0”“0”“0”选中00101101导通三、可改写只读存储器目前已研制成功电擦除的ROM，称为EAROM。在读、写、擦除时，均可采用5V电源，使用方便。其信息保持时间可达10年以上，擦写次数超过一万次，已接近EPROM的水平。

EPROM写入信息后，当需要改变时，可用强紫外线或X射线，对EPROM芯片上方的石英玻璃窗口照射10～30min，使EPROM恢复为初始状态，存储单元全为1，又可重新写入。四、EPROM2716简介EPROM2716是容量为2K字×8位的可改写只读存储器，A0～A10是地址线，D0～D7是数据输出端。工作方式由控制信号、PD/PGM及编程电源UPP决定

读出方式、写入方式、校核方式、待机方式、禁止写入方式、输出呈高阻状态禁止数据读出方式。1.ROM实现组合逻辑函数五、ROM的应用

ROM不仅用于存储专用程序，而且在实现组合逻辑、时序逻辑方面也得到了广泛应用。例1试用ROM实现以下组合逻辑函数。

ROM的地址译码器输出包含全部输入变量的最小项；ROM输出又是这些最小项的和。因此，任何形式的组合逻辑函数均可通过向ROM写入相应数据来实现。和

解逻辑函数含有三个变量，则用有3位地址码、两位数据输出的8字×2位的ROM。将A、B、C三个变量分别接至地址输入端A2、A1、A0，按照逻辑函数要求存入相应数据，即可在数据输出端D0、D1得到F1、F2，其ROM阵列如图所示

。2.ROM构成的字符发生器字符发生器常用于显示终端、打印机及其其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符事先存储在ROM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，并驱动显示器显示。下面用ROM构成的字符发生器显示字母R来说明其工作原理。

字符显示原理图(b)WOW1W2W3W4W5W6(a)000001010011100101110D4D3D2D1D0行译码器A2A1A0读出电路

由图可看出该字符显示器由7行5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单元存入信息“1”。当地址输入由000~110周期地循环变化时,即可逐行扫描各字线,把字线W0~W7所存储的字母“R”的字形信息从位线D0~D4读出。使显示设备一行行的显示出图(b)的字形。第二节随机存储器随机存取存储器（RAM），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，也可随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元中。因此也称为读/写存储器。优点：读/写方便缺点：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。地址输入An-1A0A1地址译码器存储矩阵数据线读写/控制电路读/写控制(R/W)片选(CS)输入/输出I/O......

RAM的结构框图1.存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。与ROM不同的是RAM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，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。2.地址译码器：也是N取一译码器。3.读/写控制电路：当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。4.片选控制：当CS=0时，选中该片RAM工作，CS=1时该片RAM不工作。一、静态随机存储器MOS型RAM静态RAM：管子数目多，功耗大，但只要不断电，信息就永久保存。动态RAM：集成度高，功耗小，但必须定期给电容补充电荷，以防存储信息的丢失。一般情况下，大容量的存储器使用动态RAM；小容量的存储器使用静态RAM。9GNDCS8A27A16A05A34A43A52A61I/O0A9A8A7UCC121011141315161718I/O1I/O2I/O3R/WRAM2114RAM2114外引线排列图容量：1024字4位地址线：A9~A0(210=1024)数据线：I/O3~I/O0二、动态随机存储器动态RAM的存储矩阵通常是利用MOS管栅极电容对电荷的暂存作用来存储信息。动态RAM单管电路

写入信息时,使字选线为1,门控管V导通,待写入的信息由位线(数据线D)存入电容CS读出时也要使字选线为1，V管导通，存储在CS上的信息通过V管送到位线上。

位线作为输出时，可等效为一个输出电容CD，读到位线上的信息(电荷)对CD充电，这使得CS的电压由约0.2V降到0.1V。读出后必须重新(刷新)使CS上的信号电平得到恢复。

1、位扩展方式(RAM2114位数扩展)将几片的地址端、R/W端、CS端并接在一起A9…A0

R/W

CSRAM2114(1)I/O3I/O7I/O6I/O2I/O5I/O1I/O4I/O0A9…A0

R/W

CSI/O3I/O2RAM2114(2)I/O1I/O0I/O0I/O3I/O2I/O1高四位低四位A9A0R/WCS地址码…三、存储器容量的扩展2、字扩展A11~A0十二根地址线，组成4096字4位的RAMRAM2114字扩展...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4线译码器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCS

RAM2114字数扩展...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4线译码器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/W

CSA9…A0R/W

CSA9…A0R/W

CS00选中0可编程逻辑器件（PLD）它是由用户自行定义功能（编程）的一类逻辑器件的总称。PLD基本结构框图输入电路"与"阵列"或"阵列输出电路......第三节可编程逻辑器件1)可编程只读存储器(PROM)：固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列。2)可编程逻辑阵列PLA：“与”阵列和“或”阵列均可编程。3)可编程阵列逻辑(PAL)：可编程的“与”阵列和固定的“或”阵列(一次编程)。4)通用阵列逻辑(GAL)：可编程的“与”阵列和固定的“或”阵列(多次编程)

可编程逻辑器件的结构主要的有以下4种：一、可编程逻辑阵列PLA与PROM的结构相似，其区别在于PLA译码器部分也可由用户自己编程。1A21A11A0&&&&&&≥1D2D1≥1D0≥1PLA阵列图可编程“或”阵列可编程“与”阵列例1:试用PROM产生一组逻辑函数。解：(1)由于PROM的地址译码器是固定的最小项“与”阵列，所以需将F0~F2各式化为最小项形式。(3)由F