半导体存储器和可编程逻辑器件

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1、第6章半导体存储器和可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD结构与特点。随机存取存储器RAM和只读存储器ROM的结构、工作原理及存储器容量扩展的方法。本章内容：引言1、存储器是数字系统和计算机中重要的组成部分，其功能是存放数据、指令等信息。2、存储器的分类：3、存储器的性能指标主要有存储容量和存取时间。存取时间：指访问一次存储器所需要的时间。存储容量：指在一个存储器中可以容纳的存储单元总数，表示的是存储空间的大小，单位为字数，字节数。存储器的容量=字数n×字长（位数）m。存储器的字数通常采用K、M或G为单位，其中1K=210=1024B，1M=220

2、=1024K，1G=230=1024M。6.1.随机存取存储器MOS型RAM，功耗小，集成度高，成本低，但速度比双极型RAM低。随机存取存储器简称RAM（RandomAccessMemory）也叫做读/写存储器。它可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入或读出。根据制造工艺的不同，RAM可分为：双极型RAMMOS型RAM双极型RAM，工作速度高，但成本高，功耗大，集成度低，主要用作高速小容量存储器。MOS型RAM又可进一步分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种，相比之下DRAM的集成度更高。MOS型RAM适宜于构造大容

3、量存储器。RAM的优点：是读写方便，使用灵活。RAM的缺点：一旦断电，所存储的信息便会丢失6.1.1.RAM的基本结构图6-2RAM结构示意图存储器的结构由地址译码器、存储矩阵、输出通路及输入输出控制电路等部分组成。1.存储矩阵存储矩阵是存储器的主体，由若干个存储单元组成。每个存储单元可存放一位二进制信息。为了存取方便，通常将这些存储单元设计成矩阵形式。例如：一个容量为256×4（256个字，每个字4位）的存储器，共有1024个存储单元，这些单元可排成如图所示的32行×32列的矩阵。图6-3RAM存储矩阵2.地址译码器为了区别不同的字，将存放同

4、一个字的存储单元编为一组，并赋予1个号码，称为地址。不同的字单元具有不同的地址，从而在进行读写操作时，可以按地址选择要访问的存储单元。存储器中的地址译码器通常采用双译码结构。即将输入地址分为行地址和列地址两部分，分别由行、列地址译码电路译码。地址单元的个数N与二进制地址码的位数n满足关系式N=2n3.读/写与片选控制数字系统中的RAM一般由多片组成，而系统每次读写时，只选中其中的一片（或几片）进行读写，因此在每片RAM上均加有片选信号线。只有该信号有效时，RAM才被选中，可以对其进行读写操作，否则该芯片不工作。某芯片被选中后，该芯片执行读还是

5、写操作由读写信号控制。图6-4所示的是RAM的片选与读写控制电路。图6-4片选与读写控制电路6.1.2.RAM的存储单元1.静态存储单元存储单元是存储器的核心部分，由于RAM分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两类，相应的RAM也被分为静态RAM（SRAM）和动态存RAM（DRAM）两类。图6-5六管静态存储单元图6-5是六管CMOS静态存储单元的典型电路。2.动态存储单元图6-6单管动态MOS存储单元动态RAM存储单元是利用MOS管栅极电容具有暂时存储信息的作用来存储信息。6.1.3.RAM的操作为保证存储器准确无误地工作，加到

6、存储器上的地址、数据和控制信号必须遵守几个时间边界条件。对RAM的操作有两种：读和写读是将存储器中的数据取出；写是向存储器存入数据图6-7RAM读操作时序图图6-8RAM写操作时序图6.1.4.典型RAM的芯片简介常用的RAM芯片有：6116（2KB*8位），6264（8KB*8位），62128（16KB*8位），2164（64KB*8位）是输出使能端是写入控制端是片选端D0～D7是数据输出端图6-9所示是2K×8位静态RAMInte6116的引脚排列图6116可存储的字数为211=2048（2K）字长为8位，其容量为2048字×8位/字=16

7、384位.A0～A10地址码输入端图6-9静态RAM6116引脚排列图6116有三种工作方式：（1）写入方式：当时，数据线D0～D7上的内容存入A0～A10相应的单元。（2）读出方式：当时，A0～A10相应单元的内容输出到数据线D0～D7。（3）低功耗维持方式：当=1时，芯片进入低功耗维持方式，此时器件电流仅20μA左右，为系统断电时用电池保持RAM内容提供了可能性。6.2只读存储器只读存储器其特点是在数据存入后，只能读出其中存储单元的信息，但不能写入，断电后不丢失存储内容，故称只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)按照数据写入方式特

8、点不同，ROM可分为固定ROM，可编程ROM（PROM），光可擦除可编程ROM（EPROM），电可擦除可编程ROM（E2PROM），快闪存储器（Fla