第8章存储器和可编程逻辑器件

第8章存储器和可编程逻辑器件第一页，共41页。第8章存储器和可编程逻辑器件存储器

8.1可编程逻辑器件

8.2第二页，共41页。8.1存储器8.1.1

存储器概述

8.1.2只读存储器ROM

8.1.3读写存储器RAM

第三页，共41页。按内部信息的存取方式，可分为只读存储器ROM和读写存储器RAM两类；按构成元件分，有双极型存储器和MOS型存储器等等，具体的分类方法如图8-1所示。8.1.1存储器概述

1．存储器的类型、特点

第四页，共41页。图8-1

存储器的分类方法

第五页，共41页。（1）存取周期也称存储器的存取速度，是指从CPU给出有效的存储地址到存储器给出有效数据所需的时间。存取时间越短，则速度越快。一般为几纳秒～几百纳秒。2．存储器的主要技术指标

第六页，共41页。（2）存储容量存储容量指每个存储器芯片所能存储的二进制数的位数。即存储芯片的容量等于芯片的地址单元数×数据线位数，即：字线数×位线数＝2n×m第七页，共41页。按存储数据写入方式的不同，只读存储器可分为：（1）掩膜ROM。（2）可编程PROM。（3）可改写ROM。8.1.2只读存储器ROM

1．ROM的类型与特点

第八页，共41页。（1）ROM的结构

ROM实质上是一种组合逻辑电路，包括地址译码器、数据存储矩阵和输出缓冲器三部分，其结构示意图如图8-2所示。2．ROM的结构及工作原理

第九页，共41页。图8-2

ROM结构示意图

第十页，共41页。（2）ROM工作原理为简单起见，这里以如图8-3（ａ）所示的22×4位二极管固定ROM为例来说明ROM的工作原理。图中两条地址线Ａ１Ａ０决定它有22

＝４条字线，该存储器容量为22×４。字线和位线的交叉点个数为16个。第十一页，共41页。图8-3

二极管ＲＯＭ

第十二页，共41页。由ROM的结构示意图和工作原理可知，它内部有一个二进制地址译码器，提供了地址变量的全部最小项；有一个可以编程、作为存储矩阵的或门阵列。利用ＲＯＭ可以很容易实现任何组合逻辑函数。3．ROM的应用

第十三页，共41页。与固定ROM不同，PROM在封装出厂时内部存储单元的内容一般全为“1”。用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为“0”。4．可编程PROM

第十四页，共41页。图8-4所示的是PROM的一种存储单元，它由三极管和熔丝组成，存储内容为“1”，只要用电脉冲将熔丝烧断，该单元内容就变为“0”。但熔丝烧断后无法再接上，即只给一次编程机会，因此编程时应仔细小心。第十五页，共41页。图8-4

PROM存储单元

第十六页，共41页。（1）存储单元光擦除式ROM存储单元采用悬浮栅MOS管元件，其管脚示意图如图8-5所示。（2）工作原理当用户编程时，只要在栅极Ｇ和漏极Ｄ之间加上25Ｖ编程电压，MOS管截止，相当于存储单元的存储内容改写为“０”。5．可改写EPROM

第十七页，共41页。图8-5

EPROM管脚示意图

第十八页，共41页。（3）分类

EPROM有串行和并行输入/输出（I/O）之分。如93C86芯片是16K位的串行EEPROM，其外部引脚只有8个，引脚分布与功能如图8-6所示。串行数据在EEPROM内按字节存放，由ORG信号决定字长。第十九页，共41页。图8-6

串行系列外引脚及功能

第二十页，共41页。

RAM一般由存储矩阵、输入/输出控制电路和地址译码器3部分组成，如图8-7所示。存储器有3类信号线，即数据线、地址线和控制线。8.1.3读写存储器RAM

1．RAM的基本结构

第二十一页，共41页。图8-7

RAM的基本结构

第二十二页，共41页。读写存储器有双极型晶体管存储器和MOS存储器之分。MOS读写存储器又可分为静态SRAM和动态DRAM。（1）静态RAM存储单元（2）动态RAM存储单元2．存储单元

第二十三页，共41页。（1）位数的扩展当存储系统实际字长超过存储芯片字长时，需要进行字长扩展。一般字长扩展的方法是将存储芯片并联使用，如图8-8。这些存储芯片的地址、读/写、片选信号线应相应地连接在一起；而各芯片的输入/输出（I/O）线作为字节的各个位。3．RAM存储容量的扩展

第二十四页，共41页。图8-8

RAM字长扩展一般结构

第二十五页，共41页。（2）存储器字数的扩展当一片存储器字（节）数不满足需要时，可以用多片存储器通过增加地址线的方式扩展寻址范围，增大总字（节）存储量。增加的（高位）地址线一般作为存储器的片选信号CS，不同的高位地址选用不同的存储芯片存取数据。第二十六页，共41页。为保证存储器正确地工作，加到存储器的地址、数据和控制信号之间存在一种时间制约关系。（1）RAM读操作定时图8-9给出了RAM读操作的定时关系。4．RAM的操作与定时

第二十七页，共41页。图8-9

读操作时序图

第二十八页，共41页。（2）RAM写操作定时

RAM写操作定时波形如图8-10所示，为防止数据被写入错误的单元，新地址有效到写信号有效至少应保持tAS时间间隔。第二十九页，共41页。图8-10

RAM写操作定时波形

第三十页，共41页。8.2可编程逻辑器件（1）基本结构

PLD电路由与门和或门阵列两种基本门阵列组成。根据这两个阵列的可编程性，PLD有三种基本结构：1．PLD的结构

第三十一页，共41页。

1）“与”阵列固定、“或”阵列可编程结构。

2）“与”阵列、“或”阵列都可编程结构。

3）“与”阵列可编程、“或”阵列固定结构。（2）连接方式从图8-11（a）中可以看出，门阵列交叉点上连接方式共有三种情况，其图形符号如图8-12。第三十二页，共41页。图8-11

可编程逻辑器件（PLD）

第三十三页，共41页。图8-12

PLD连接方式

第三十四页，共41页。可编程逻辑器件（PLD）是一种可以由用户编程执行一定逻辑功能的大规模集成电路。（1）基本门电路的PLD表示法

PLD的输入缓冲器（或反馈缓冲器）采用互补输出结构。2．PLD表示法

第三十五页，共41页。（2）PROM的PLD表示法

PROM实质上是可编程逻辑器件，它包含一个固定连接的与门阵列和一个可编程的或门阵列。图8-13是四位输入地址码四位字长PROM的PLD表示法表示。图中可编程或阵列的可编程单元都以编程断开连接形式表示，图（b）为其等效表示。第三十六页，共41页。图8-13

PROM电路的PLD表示法

第三十七页，共41页。PLD器件类型主要有可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可编程只读存储器PROM。（1）可编程逻辑阵列PLA按照最简与—或表达式编程，且其与阵和或阵均可编的器件称为可编程逻辑阵列PLA。3．PLD的类型

第三十八页，共41页。（2）可编程阵列逻辑PAL

PAL是在PLA的基础之上发展起来的，它使用TTL和ECL逻辑，具有可编程与阵列和不可编程的或阵列以及输出逻辑。（3）通用阵列逻辑GAL像PAL一样，GAL也是由可编程的与阵列、不可编程