第五章 ｜半导体存储器与可编程逻辑器件

第五章半导体存储器与可编程逻辑器件304§５—２随机存取存储器§５—１只读存储器§５—３可编程逻辑器件学习目标1.了解只读存储器（ROM）和读/写存储器（RAM）的特点及其应用。2.了解可编程逻辑器件（PLD）的类型、特点及其应用。306存储器是数字系统的重要组成部分。前面介绍的寄存器只能存储少量信息，本章所介绍的半导体存储器是一种能存储大量数字信息的存储器。由于它集成度高、容量大、速度快、耗电少、操作方便、可靠性强，在计算机内存、显示存储器、数码相机、智能家电控制系统中得到广泛应用，如图所示。307半导体存储器的应用a)计算机内存条b)计算机硬盘c)数码相机存储卡§5—1

只读存储器308只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）是存储固定信息的存储器，使用时只能读出所存储的信息而不能写入，但在断电后，信息仍能保留。按照数据写入方式不同，只读存储器分类如图所示。309只读存储器分类一、固定存储器固定存储器（MROM）为用户专用存储器，其存储的数据在芯片出厂时已经确定，用户在使用时无法更改其内容。这种存储器适用于大批量生产和存储通用内容，如用于存储字符、常数表，存储电视机微处理器的程序、智能洗衣机工作流程控制的程序等。310图所示为22×4位的MROM结构示意图。31122×4位MROM结构示意图MROM中的寄存器很多，每个寄存器都有一个编号，称为地址。2条地址线A1、A0对应的4条译码输出线称为字线，虚线框内为存储矩阵，它由许多排成阵列形式的存储单元组成，每个十字交叉点代表一个存储单元，交叉点处有圆点表示存储信息为1，无圆点表示存储信息为0，输出信号经4条位线及缓冲器由D0～D3端输出。每次读取信息都只能和某一个指定地址的寄存器打交道，这个过程称为访问。表示所要访问地址的二进制数输入地址译码器经译码后，在相应的某一根译码输出线（字线）上给出信号，控制被选中的寄存器与存储器的输出端接通，即可读出相应数据。312二、可编程存储器可编程存储器（PROM）在封装出厂前存储单元中数据设置为全1或全0，用户可根据自己的需要，将应该存储的信息一次写入PROM中，但一经写入，就不能再更改，因此也称一次性可编程只读存储器。这种存储器适合于小批量试产使用。例如，刚研发成功一种智能控制产品，在试产样机时将PROM用于程序的存储。313三、紫外线擦除可编程存储器紫外线擦除可编程存储器（EPROM）是可以利用紫外线光擦除原存信息，再进行重写的ROM，如图所示。314紫外线擦除可编程存储器a)实物图b)擦除器四、电擦除可编程存储器EPROM紫外线擦除的操作复杂，速度也慢，而且只能整体擦除。315电擦除可编程存储器a)E2PROM编程/烧写器b)汽车音响电路中的E2PROM五、快闪存储器快闪存储器（FlashMemory）是用电擦除的可编程ROM，它功耗低，集成度高，读取速度快，再编程次数多。316快闪存储器a)数码相机中的存储卡b)闪存盘§5—2

随机存取存储器317随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）既能随时读出锁存信息，也能随时写入新的信息；其缺点是一旦断电，所存信息便会全部丢失，所以多用于中间过程存储信息以及与外部交换信息等。例如，计算机的内存便是RAM，在修改文件时必须及时把修改过的内容保存到硬盘中，否则一旦忽然断电，修改内容便立即丢失。318一、RAM的基本结构RAM的基本结构如图所示，它由地址译码器、存储矩阵和读/写控制器3部分组成。319RAM的基本结构地址译码器的作用是对外部输入的地址进行译码，以便唯一选择存储矩阵中的一组存储单元。存储矩阵由许多存储单元排列而成，可以随时读出或写入数据。RAM通过双向数据线与计算机的中央处理器（CPU）交换信息，读时它是输出端，写时它是输入端，即一线二用，由读/写控制器控制。320一片RAM所能存储的信息有限，实际使用时常把若干片RAM组装在一起使用，所以访问存储器时要给出片选信号。当每一芯片的片选信号为有效电平时，该片被选中；当片选信号为无效电平时，该片处于断开状态。RAM分动态RAM（DRAM）和静态RAM（SRAM）两类。DRAM靠存储单元中的电容存储信息，由于电容存在漏电流，电容上存储的电荷（信息）不能保持很久，所以需要定时充电（称为刷新）；SRAM的存储单元是触发器，具有保持功能，无需刷新。321二、2114A静态RAM1.2114A芯片介绍2114A是一种1024字×4位的静态随机存取存储器，其引脚排列和逻辑符号如图所示，各引脚功能见表，工作方式与控制信号间关系见表。3222114A随机存取存储器a)引脚排列b)逻辑符号3232114A引脚功能工作方式与控制信号间的关系2114A随机存取存储器具有如下特点：（1）读、写操作简单，不需要时钟脉冲，也不需要刷新。（2）输入、输出同极性，使用公共的I/O端，能直接与系统总线相连接。（3）使用单电源+5V供电，输入、输出与TTL电路兼容。（4）具有独立的片选功能和三态输出。（5）高速、低功耗。3242.用2114A实现静态随机存取其实验电路如图所示。A0～A9为地址输入，通过开关S0～S9控制输入地址码。3252114A静态随机存取数据实验电路该实验步骤如下：（1）连接实验电路按上图所示连接实验电路。（2）写入数据在I/O0～I/O3端输入要写入的数据，在A0～A9端输入要写入单元的地址码，然后使

=0，即可写入数据，选取3组地址码及3组数据，记入表。326写入数据（3）读出数据输入要读出单元的地址码，然后使

=1（保持写入时的地址码）要读出的数据便可显示出来，记入表，并与上表写入数据进行比较。（4）断电验证写入数据断电后再进行上一步的读出操作，验证断电后RAM中存储的数据能否保留。327读出数据§5—3

可编程逻辑器件328可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice,PLD）是一种可由用户自行定义功能的专用集成电路，用户可以根据需要自行对它进行编程，从而实现各种逻辑功能。由于它兼有集成电路硬件工作速度快、可靠性高和软件编程灵活、方便的特点，因此在科技开发中得到广泛的应用。329PLD的分类如图所示。330PLD的分类一、PLD的基本结构PLD的基本结构框图如图所示。331PLD的基本结构框图该电路的主体是由门电路组成的与阵列和或阵列。输入电路用来实现对输入信号的缓冲，产生原变量和反变量两个互补的信号，并按要求接入与门的输入端，由与门输出的与项只作为或阵列的输入，再由多个或门产生输入变量的与或函数表达式。在上述基本结构的基础上，如果再增加一些其他逻辑元件和反馈电路，还可实现多种时序逻辑函数，也就构成了不同的PLD。332二、PLD的表示方法由于PLD器件的阵列连接规模庞大，采用一般表示方法难以描述其内部电路，为了便于说明PLD的逻辑关系，采用了一些简化表示的新方法。1.连线表所列为PLD输入缓冲器及门阵列交叉点连接方式，交叉点无记号表示两线不连接，为断开单元（被擦除单元）；实点“·”表示硬线连接，即固定连接，不可编程；“×”表示可编程连接。333PLD中连线的表示方法2.门电路PLD中门电路的表示方法与习惯方法相似，但各有不同，见表。334PLD中门电路的表示方法3.PLD电路表示方法图所示的PLD逻辑电路功能如下：

，即实现异或功能；