第七章 存储器和可编程逻辑器件

1第七章存储器和可编程逻辑器件27.1随机存取存储器随机存取存储器（RAM－RandomAccessMemory）7.1.1RAM的结构和参数“存取”指将信息写入存储器和从存储器中将所存信息读出来。每一位二进制信息的存取都要由相应的单元电路来实现，每个单元电路叫一个存储单元。也就是每个存储单元存放一位二进制信息。RAM器件是按“字”存放二进制信息的，每个“字”包含若干个“位”。3每个“字”都是按“地址”存放的，根据“地址”选中要进行读的“字”，实现随机读取。方框图中地址码为n位，经地址译码器译出2n根选择线，称为字选线。每个字为m位，即输出有m根数据线，每根数据线称为位线。4RAM的容量由地址码的位数n和字的位数m决定。n位地址码，m位字长的RAM内含2n×m个存储单元。如n=10,m=4则RAM的容量210×4＝1024字×4位＝1K×4如n=11,m=4则RAM的容量211×4＝2048字×4位＝2K×45存储单元具有两个稳定状态：Q＝1（Q＝0）为1状态；Q＝0（Q＝1）为0状态。T3、T4是NMOS传输门，T3、T4的栅极接到同一根字选线上，控制该存储单元是否被选中。1.静态RAM字选线为低电位时，T3、T4截止，存储单元与数据线断开。字选线为高电位时，T3、T4导通，通过数据线即可对该存储单元进行读写操作。RAM存储单元必须具有置1、置0、保持等功能，RAM属于时序逻辑电路。62.动态RAM将电容C存有电荷时作为1状态；不存电荷时作为0状态。T1是NMOS传输门，T1的栅极接到字选线上，控制该存储单元是否被选中。字选线为0时，T1截止，存储单元与数据线断开。字选线为1时，T1导通，通过数据线即可对该存储单元进行读写操作。存储电容C上的电荷经过一定时间会泄漏掉，需要及时进行数据的再生（重写、刷新），附加刷新控制。动态RAM的优点是容量大、功耗低。77.2只读存储器只读存储器（ROM－ReadOnlyMemory）“只读”指正常工作时，只能进行读操作，而不能进行写操作。只读存储器同样由三部分组成：地址译码器、存储单元矩阵和输出缓冲电路ROM的存储单元非常简单，不再是记忆元件，而是开关元件（二极管、三极管、MOS管）。ROM存入数据就是将作为存储单元的开关元件设置成接通状态或断开状态。与RAM相比，由于ROM存储单元简单，因而集成度高，另外具有不易失性。87.1.1或门、或非门电路ROM的存储单元矩阵实质上是一个或门的阵列。1.二极管或门电路92.NMOS或非门3.双极型晶体管或门107.2.2内容固定的只读存储器ROM的存储单元为开关元件（二极管、三极管、MOS管）。ROM存入数据就是将作为存储单元的开关元件设置成接通状态或断开状态。ROM存入数据的过程称为对ROM的“编程”。根据编程方式的不同，可将ROM分为三类：内容固定的、一次性编程的和可多次编程的ROM。11图中地址码为2位，经地址译码器译出22＝4根字选线W0、W1、W2、W3。每个字为4位，输出有4根位线D1、D2、D3、D4，统称为数据线。对应每一个地址码，只有一根字选线Wi为高电平，有二极管相连的位线输出为1，无二极管相连的位线输出为0。4根位线上的高低电平组成了4位的数据输出。0001101100AB4321DDDD101012地址数据ABD1D2D3D4001010010100101101111011ABBABAD1BABAD2ABBAD3ABBAD413若将地址码视为一组输入逻辑变量，地址译码器输出的每一条字线对应着一个最小项，经过二极管或门，数据输出端每条位线的输出就是输入逻辑变量的组合逻辑函数。ROM属于组合逻辑电路地址数据ABD1D2D3D4001010010100101101111011ABBABAD1BABAD2ABBAD3ABBAD414每一个输出位对应着一个二极管或门。4个或门组成了一个或门的阵列（简称或阵），也就是前面所说的存储单元矩阵。地址数据ABD1D2D3D400101001010010110111101115上图为ROM阵列结构示意图，每条字选线与位线的交叉点就是一个存储单元，交叉点处接有二极管相当于该存储单元存储的信息为1，交叉点处不接二极管相当于该存储单元存储的信息为0。地址数据ABD1D2D3D400101001010010110111101116每一个输出位对应着一个NMOS管组成的或门。4个或门组成了一个或门的阵列（或阵），也就是前面所说的存储单元矩阵。177.2.3可编程只读存储器可编程只读存储器（PROM－ProgrammableROM）可由用户进行一次编程。图示熔丝型PROM编程之前存储的内容为“全1”。187.2.4可抹可编程只读存储器可抹可编程只读存储器（EPROM－ErasableProgrammableROM）可以多次改写。EPROM的存储单元由浮栅注入型MOS管构成197.2.5电抹可编程只读存储器电抹可编程只读存储器（EEPROM－ElectricallyErasableProgrammableROM）可以电擦除。EEPROM的存储单元由浮栅隧道MOS管构成。207.3可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD－ProgrammableLogicDevice）前面已经知道ROM（包括PROM、EPROM、EEPROM）可以实现组合逻辑函数，ROM的与阵（地址译码器）是不可编程的，或阵（存储矩阵）是可编程的，也就是说，ROM是按最小项表达式编程的。7.3.1可编程阵列逻辑21地址数据ABD1D2D3D4001010010100101101111011ABBABAD1BABAD2ABBAD3ABBAD4227.3可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD－ProgrammableLogicDevice）按最简与或表达式编程的器件叫做可编程逻辑阵列（PLA－ProgrammableLogicArray）,它的与阵和或阵都是可编程的。7.3.1可编程阵列逻辑23BABAP1BABAP2BABAPPF211BAPF12247.3可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD－ProgrammableLogicDevice）与阵可编而或阵不可编的器件叫做可编程阵列逻辑（PAL－ProgrammableArrayLogic）。7.3.1可编程阵列逻辑25与阵中每条横线对应着一个与项，称为与线；竖线对应着与阵的一个输入变量的原码或反码267.3可编程逻辑器件通用阵列逻辑（GAL－GenericArrayLogic）GAL与PAL一样，有一个可编程的与阵和一个不可编程的或阵，所不同的是GAL在或阵之后接一个输出逻辑宏单元（OLMC），可实现不同的输出模式（组合电路型输出模式、寄存器型输出模式等），构成多种组合电路或时序电路。GAL用EEPROM的浮栅隧道管取代了PAL中的熔丝，可以进行多次编程。7.3.1通用阵列逻辑