数电半导体存储器可编程逻辑器件

数电半导体存储器可编程逻辑器件第一页，共五十页，2022年，8月28日半导体存储器几乎是当今数字系统中不可缺少的重要组成部分，它可以用来存储大量的二进制数据。半导体存储器由半导体集成电路制成，具有集成度高、存取速度快、体积小等特点。半导体存储器的容量用能存储二进制数的字数与每个字的位数的乘积表示，如10241（1K）,20488（16K）等。计算机存储器内存储器—要求存取速度要快，一般采用半导体存储器。外存储器—要求存储容量大，一般采用磁盘、光盘等。§1半导体存储器概述第二页，共五十页，2022年，8月28日半导体存储器ROMRAM静态RAM动态RAM掩模ROM（不可改写ROM、固定ROM）一次可编程ROM（PROM）光可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程ROM（E2PROM）ROM——ReadOnlymemoryRAM——RandomAccessMemory第三页，共五十页，2022年，8月28日§2ROM存储器1掩模ROM由二极管构成的掩模ROM2/4线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵掩模ROM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ROM制成，其存储的数据固定不变。第四页，共五十页，2022年，8月28日4条字线位线两位地址输入2/4线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0存储矩阵存储容量：44=16第五页，共五十页，2022年，8月28日2/4线地址译码器输出缓冲器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的二极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理第六页，共五十页，2022年，8月28日地址字线位线（存储内容）A1A0Y3Y2Y1Y0D3D2D1D00000010101010010101110010001001110001110存储内容列表第七页，共五十页，2022年，8月28日2/4线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器D3D2D1D0+UCC由三极管构成的掩模ROM第八页，共五十页，2022年，8月28日A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的三极管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理2/4线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0输出缓冲器D3D2D1D0+UCC第九页，共五十页，2022年，8月28日由NMOS管构成的掩模ROM2/4线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0+UCC1111负载管第十页，共五十页，2022年，8月28日2/4线地址译码器Y0Y2Y1Y3A1A0D3D2D1D0+UCC1111负载管A1A0=00选中字线Y0Y0=1Y1=Y2=Y3=0接在Y0线上的NMOS管导通D2=1、D0=1D3D2D1D0=0101工作原理第十一页，共五十页，2022年，8月28日2一次可编程ROM（PROM）

PROM在出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可以根据自己需要，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0（或1）。由二极管构成的PROM2/4线地址译码器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0第十二页，共五十页，2022年，8月28日2/4线地址译码器D3D2D1D0Y0Y2Y1Y3A1A0熔丝连通为1熔丝断开为0出厂时熔丝是连通的，全部存储单元为1，欲使某些单元改写为0，只要通过编程，给对应单元通以足够大的电流将熔丝熔断即可。熔丝熔断后不能再恢复，因此PROM只能改写一次。第十三页，共五十页，2022年，8月28日3光可擦除可编程ROM（EPROM）

EPROM的特点是：可以通过紫外线照射或X射线照射擦除原来内容，再通过通用或专用的编程器写入新的内容。如果不对其进行照射，原有内容可以长期保存。4电可擦除可编程ROM（E2PROM）

E2PROM和EPROM都是采用浮删技术生产的，所不同的是：这里采用电擦除，所以擦除速度快。E2PROM具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦除1万次以上）。第十四页，共五十页，2022年，8月28日例：用ROM实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROM8421BCD码ROM地址输入端ROM数据输出端七段数码显示器输入端第十五页，共五十页，2022年，8月28日例：用ROM实现十进制数码显示D7D6D5D4D3D1D2AabefgcdBCDabcdefgA3A2A1A0ROMA3A2A1A0=0000D1D2D3D4D5D6D7=abcdefg=1111110显示数字0第十六页，共五十页，2022年，8月28日§3RAM存储器1静态RAM的基本存储电路

RAM存储器和ROM存储器的结构大同小异，只是基本存储电路不同。基本存储电路即存储矩阵中的存储单元，用来存储“0”或“1”。字线位线D位线DT1T2T3T4T5T6AB

+5V第十七页，共五十页，2022年，8月28日T1、T2——控制管T3、T4——负载管四管构成一个R-S触发器，用来存储“0”或“1”。字线位线D位线DT1T2T3T4T5T6AB

+5V第十八页，共五十页，2022年，8月28日T5、T6——开关管受字线上电位的控制。字线位线D位线DT1T2T3T4T5T6AB

+5V第十九页，共五十页，2022年，8月28日字线位线D位线DT1T2T3T4T5T6AB

+5V静态RAM存储器的特点：数据由触发器记忆，只要不断电，数据能长久保存。但每个存储单元所用管子数目多，功耗大，集成度受到限制，不适宜大容量存储器。第二十页，共五十页，2022年，8月28日2动态RAM的基本存储电路字线位线TCCDT——控制管，受字线电位控制C——存储数据的电容CD——位线上的分布电容第二十一页，共五十页，2022年，8月28日动态RAM存储器的特点：由于是单管（或三管）结构，适宜于大容量存储器。字线位线TCCD为了节省面积，C的容量不能太大，一般都比CD的容量小。由于漏电流的存在，C上存储的数据不能长久保存，必须定期给C充电，即刷新，以避免数据的丢失。第二十二页，共五十页，2022年，8月28日3存储矩阵存储矩阵地址译码器读/写控制电路读/写线数据线第二十三页，共五十页，2022年，8月28日§4集成电路存储器芯片1EPROM2716EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324

EPROM2716是一种容量为16K（20488）的光可擦除可编程ROM存储器第二十四页，共五十页，2022年，8月28日VPP：编程电源端（25V）EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324A10~A0：地址线端D7~D0：数据线端PD/PGM：编程控制端VCC：工作电源端GND：接地端管脚排列和功能第二十五页，共五十页，2022年，8月28日编程时，VPP接25V电源，片选信号端接高电平，在PD/PGM加脉宽为50ms的正脉冲。工作时，VPP与VCC一起接5V电源，PD/PGM与片选信号端连接在一起作为片选信号，当出现低电平0时便可从该片中读取数据。EPROM2716VCCA8A9VPPA10PD/PGMD7D6D5D4D3D0D1D2A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324编程方式和工作方式第二十六页，共五十页，2022年，8月28日2RAM6116

RAM6116是一种容量为16K（20488）的静态RAM存储器RAM6116VCCA8A9A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324第二十七页，共五十页，2022年，8月28日A10~A0：地址线端I/O8~I/O1：数据线端VCC：工作电源端GND：接地端管脚排列和功能RAM6116VCCA8A9A10I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O1I/O2I/O3A7A4A6A5A3A2A1A0GND1121324第二十八页，共五十页，2022年，8月28日例：用1片2716和3片6116组成64K（204884）存储器A10~A02716A10~A0D7~

D06116A10~A0D7~

D06116A10~A0D7~

D06116A10~A0D7~

D0............译码器D7~D0A12A11(1)(3)(2)第二十九页，共五十页，2022年，8月28日例：用1片2716和3片6116组成64K（204884）存储器对应单元号译码器输入A12A11地址范围(H)00011011译码器输出选中芯片27166116(1)6116(2)6116(3)0000~07FF0800~0FFF1000~17FF1800~1FFF0~20472048~40954096~61436144~8192第三十页，共五十页，2022年，8月28日2114RAM(1k4)123456789181716151413121110I/O0I/O1I/O2I/O33RAM2114第三十一页，共五十页，2022年，8月28日RAM位数的扩展：用2片RAM2114由(1k4位）扩展为(1k8位)I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0第三十二页，共五十页，2022年，8月28日RAM字数的扩展：用2片RAM2114由(1k4位）扩展为(2k4位)I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O3I/O2I/O0I/O11A10=0选中第1片A10=1选中第2片第三十三页，共五十页，2022年，8月28日§5可编程逻辑器件（PLD——ProgrammableLogicDevice）可编程逻辑器件是一种可以由用户编程执行一定逻辑功能的大规模集成电路。其核心部件是一个与阵列和一个或阵列，用户通过编程器对与阵列或或阵列进行编程，可以实现各种组合逻辑关系或时序逻辑功能。输入电路与阵列或阵列输出电路......输入项输出项乘积项和项第三十四页，共五十页，2022年，8月28日导线交叉点的含义固定连接：PLD出厂时，厂家已将该点“固化”成永久性连接点，用户不能改变。编程连接：厂家留给用户编程用。用户编程时，需要两线连通，则保留“”号，需要两线断开，则擦除“”号。断开连接第三十五页，共五十页，2022年，8月28日与阵列的习惯画法或阵列的习惯画法ABCFF=A+B+CF=A·B·CABCF第三十六页，共五十页，2022年，8月28日一次可编程ROM（PROM）可编程逻辑阵列（PLA）ProgrammableLogicArray可编程阵列逻辑（PAL）ProgrammableArraylogic通用阵列逻辑（GAL）GenericArrayLogic……PLD第三十七页，共五十页，2022年，8月28日1一次可编程ROM（PROM）与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1

PROM由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。与阵列由输入变量的原码或反码和与门的输入线作固定连接。若输入变量为2，必须输出4个固定的乘积项。第三十八页，共五十页，2022年，8月28日或阵列由与门的输出线和或门的输入线组成，其交叉处制造厂家用熔丝连接。用户可以根据逻辑要求将某些熔丝熔断，达到编程的目的。熔丝一旦熔断不能再恢复，所以只能进行一次编程。字线位线与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1第三十九页，共五十页，2022年，8月28日例：可编程逻辑器件PROM作为只读存储器使用，输入为二位地址码，输出为四位存储内容，按已给出的各存储单元的内容，对PROM进行编程。地址存储内容A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110与阵列或阵列00011011D3D2D1D0A0A1第四十页，共五十页，2022年，8月28日2可编程逻辑阵列（PLA）

PLA的与阵列和或阵列都是可编程的。与阵列或阵列F0F1F2F3O3O2O1O0I0I1由于与阵列也是可编程的，和PROM相比较，可以只产生逻辑函数所需要的乘积项即可，使用起来更灵活、方便。若输入变量为2，不一定必须输出4个乘积项。第四十一页，共五十页，2022年，8月28日3可编程阵列逻辑（PAL）与阵列或阵列F0F1F2F3O0I0I1

PAL由可编程的与阵列和固定的或阵列组成。第四十二页，共五十页，2022年，8月28日例：画出分别用PLA和PAL实现全加的逻辑图。ABCi-1CiS0000000101010010111010001101101101011111设第四十三页，共五十页，2022年，8月28日F4ABCi-1CiSF1F2F6F7F3F5ABCi-1CiSF3F5F6F1F2F4F7F7PLAPAL第四十四页，共五十页，2022年，8月28日4通用阵列逻辑（GAL）

GAL的结构与PAL基本一样，只是在每个输出端增加了一个可编程的输出宏单元，其输出状态可由用户定义。

GAL由于速度快、功耗低、集成度高，可多次编程，使用灵活方便，是各种PLD中最为流行的一种。GAL16V8VCCF7F6F2F1F0I8I3I1I2I4I5I6I7GND11011