第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件.ppt

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1、第七章半导体存储器和可编程逻辑器件7.1半导体存储器7.2可编程逻辑器件PLD7.1半导体存储器半导体存储器可用来存储大量的二进制信息和数据。按集成度划分，它属于大规模集成电路。另一类功能特殊的大规模集成电路，是20世纪70年代后期发展起来的可编程逻辑器PLD。本章所讲的“半导体存储器”，它存储数据的方式，和其他时序电路不同。半导体存储器中所存储的数据，是按照特定的“结构”排列的。这种结构类似于一个二维矩阵，每次读写存储器时，都是从这个二维矩阵中，同时读取或写入一行数据位。半导体存储器的种类：按采用元件来分，

2、有双极型和MOS型两大类。双极型存储器：以双极型触发器为基本存储单元，其工作速度快，但功耗大，主要用于对速度要求高的场合；MOS型存储器：以MOS触发器或电荷存储结构为存储单元，它具有集成度高、功耗小、工艺简单等特点，主要用于大容量存储系统中。目前数字系统中主要选用MOS型存储器。按存取信息方式分，有只读存储器ROM(Read-OnlyMemory)和随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)两大类。ROM：只能读出信息，而不能写入信息。它的信息是在制造时用专门的写入装置写入的并可长期保留，即

3、断电后器件中的信息不会消失，因此也称为非易失性存储器。掩膜ROM可编程ROM(ProgrammableRead-OnlyMemory，简称PROM)可擦除的可编程ROM(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称EPROM)RAM：可以随时写入或读出信息，但断电后器件中的信息也随之消失，因此也称为易失性存储器。静态存储器SRAM(staticRandomAccessMemory)动态存储器DRAM(DynamicRandomAccessMemory)DRAM的存储单元结构非常简

4、单，其集成度远高于SRAM，但它的存取速度不如SRAM快。RAM{{ROM7.1.1只读存储器ROMROM的一般结构如下图所示。它主要由地址译码器、存储矩阵及输出缓冲器组成。ROM的存储单元可以用二极管构成，也可用双极型三极管或MOS管构成。每个存储单元存放一位二进制代码(0或1)，若干个存储单元组成一个字。地址译码器有n条地址输入线A0～An-1，则译码器输出线有2n条，即w0～W2n-1条。每一条译码输出线Wi称为“字线”，它与存储矩阵中的一个“字”相对应。因此，每当给定一组输入地址时，译码器只有一条输出字

5、线Wi被选中，即Wi=1，该字线可以在存储矩阵中找到一个相应的字，并将字中的m位信息Dm-1～D0送至输出缓冲级。三态控制端使缓冲级工作，读出Dm-1～D0的数据。每条输出线Di又称为“位线”，每个字中信息的位数称为“字长”。两位地址输入和四位数据输出的ROM结构图如下，其存储单元用二极管构成。W0～W3四条字线分别选择存储矩阵中的四个字，每个字存放四位信息。制作时，若在某个字的某一位存入“1”，则在该字的字线Wi与位线Dj之间接入二极管；反之，就不接二极管。读出数据时，首先输入地址码，同时使输出缓冲级三态控制

6、端处于工作状态，则在数据输出端D3～D0可以获得该地址对应字中所存储的数据。例如：当A1A0=00时，W0=1，W1=W2=W3=0，所以W0被选中，读出W0对应字中的数据D3D2D1D0=1100。当A1A0为01、10、11时，依次读出的数据是1001、1010、1101。该ROM存储的数据如表7-1所示。7.1.2ROM在组合逻辑设计中的应用用ROM实现组合逻辑的基本原理可从“存储器”和“与或逻辑网络”两个角度来理解。从存储器的角度看，只要把逻辑函数的真值表事先存入ROM，便可用ROM实现该函数。例如，在

7、表7-1中，将输入地址A1A0视为输入变量，而将D3、D2、D1、D0视为一组输出逻辑变量，则D3、D2、D1、D0就是A1、A0的一组逻辑函数。用ROM实现组合逻辑函数的方法是：将逻辑函数的输入变量作为ROM的地址输入，将每组输出对应的函数值作为数据写入相应的存储单元中即可，这样按地址读出的数据便是相应的函数值。从与或逻辑网络的角度看，ROM中的地址译码器形成了输入变量的所有最小项，即实现了逻辑变量的“与”运算。ROM中的存储矩阵实现了最小项的“或”运算，即形成了各个逻辑函数，如上式所示。基于这一分析，可以把

8、ROM看作是一个“与或阵列”，如下图所示。图(b)中，与阵列中的小圆点表示各逻辑变量之间的“与”运算，或阵列中的小圆点表示各最小项之间的“或”运算。该图中的小圆点是根据逻辑表达式画出的。用ROM实现逻辑函数的步骤：(1)根据逻辑函数的输入、输出变量数，确定ROM容量，选择合适的ROM。(2)写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM阵列图。(3)根据阵列图对ROM进行编程。例7-1用RO