大规模集成电路

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1、大规模集成电路第九章大规模集成电路9.1集成存储器9.2可编程逻辑器件大规模集成电路9.1环境工程与计算机概况集成存储器是数字系统中记忆大规模信息的部件，其功能是用于存放固定程序的操作指令及需要计算、处理的数据等，相当于数字系统存储信息的仓库。集成存储器分为只读存储器和随机存取存储器两类。大规模集成电路9.1.1只读存储器（ROM）只读存储器是存储固定信息的存储器。即事先将存储的信息或数据写入到存储器中，在正常工作时，只能重复读取所存储的信息代码，而不能随意改写存储信息内容，故称只读存储器，简称ROM（ReadOnlyMem

2、ory）。ROM电路按存储信息的写入方式一般可分为固定ROM、可编程ROM（PROM）和可擦除可编程ROM（EPROM）。大规模集成电路9.1.1.1ROM的结构ROM由地址译码器和存储体构成，其结构如图9-1所示，其中An-1、An-2、....A1、A0为n位地址输入线，通过地址译码器可译出2n个地址，每一个地址中固定存放着由m位二进制数码构成的信息“字”。把存储器中每存储1位二进制数的点称为存储单元，而存储器中总的存储单元的数量称为存储容量。对于一个存储体来说，总的存储容量为字线数2n×位线数m。若存储器有10条地址线

3、，则对应有210条字线，若位线数为8条，则总的存储容量为210×8=1024×8个存储单元，简称1k×8位=8k（bit）。大规模集成电路图9-1ROM的结构大规模集成电路图9-2二极管掩膜ROM大规模集成电路9.1.1.2固定ROM固定ROM内部所存储的信息是由生产者在制造时，采用掩模工艺予以固定的。图9-2表示了最简单的4×4位存储容量的二极管固定ROM，由图可知，2条地址线A1、A0经译码器译出4条字线（字选线）W3～W0，每条字线存储4位二进制数D3～D0（称为位线）。译码器采用二极管与门矩阵电路组成，并由片选信号C

4、S控制。当CS=1时，译码器可工作，表示该片ROM被选中，允许输出存储内容。存储体为一个二极管或门矩阵电路，每一位线（数据线）Di实质上为二极管或门电路，只有当Wi=1的字线上的二极管能导通，使该位数据输出Di=1。而Wi=1字线上无二极管的位线对应的输出数据Di=0。例如当地址码A1A0=00时，则W0=1，而W1=W2=W3=0，在字线W0上挂有二极管的位线D3=D0=1，无二极管的位线D2=D1=0，这时输出数码为D3D2D1D0=1001；当A1、A0地址码改变后，则输出数码也相应改变，如表9-1中所示。大规模集成电

5、路固定ROM适用于产品数量较大或有特殊要求的少量产品，由于需要专门制作掩膜板，成本高且制作周期长，因此不经济。表9-1字线及其位输出图9-3三极管掩膜PROM存储单元大规模集成电路9.1.1.3可编程ROM（PROM）可编程ROM是用户根据需要，将需存储的信息一次写入PROM中，一旦写入就不能再更改，故称可编程只读存储器，简称PROM(ProgrammbleROM)。双极型熔丝结构的PROM存储单元的结构原理图如图9-3所示。出厂状态的存储矩阵中，字线和位线的各个交叉处，均以图9-3所示的三极管发射极及与位线相连的快速熔丝作

6、为存储单元，熔丝通常用低熔点的合金或很细的多晶硅导线制成。在编程存入信息时，如果使熔丝烧断则表示存储单元信息为0，熔丝不烧断表示为1。PROM可实现一次编程需要，由于熔丝烧断后，不能恢复，存储器中存储的信息已被固化，故只可写入一次。如果在编程过程中出错或研制过程中需要修改内容，只能更换新的PROM，给使用者带来不便。大规模集成电路9.1.1.4可擦除可编程ROM（EPROM）可擦除可编程只读存储器也是由用户根据需要将信息代码写入存储单元内。与PROM不同的是，如果要重新改变信息，只需用紫外线（或X射线）或用电擦除原先存入的信

7、息后，可再行写入信息。将可用紫外线擦除的只读存储器简称为EPROM(ErasablePROM)，也可称为UVEPROM；用电擦除的只读存储器称为EEPROM或E2PROM(ElectricallyPROM)。大规模集成电路EPROM集成芯片通常用于程序开发、样机研制或者用于程序、数据经常变更的数字系统中，它是数字控制和计算机系统中不可缺少的数字器件。典型的EPROM存储器芯片型号、容量和引脚数如表9-2所示。表9-2典型的EPROM芯片大规模集成电路9.1.2随机存取存储器（RAM）随机存取存储器是一种随时可以选择任一存储单

8、元进行存入或取出数据的存储器，由于它既能读出又能写入数据，因此又称为读/写存储器，简称RAM（RandomAccessMemory)。RAM采用与ROM不同的电路结构，读写方便，使用灵活；缺点是一旦存储器断电，存储的数据信息全部丢失，所以不利于数据的长期保存。9.1.2.1RAM的结构典型