数字电子技术基础：半导体存储器与可编程逻辑器件

8.1

概述半导体存储器具有集成度高、功耗小、存取速度快等优点。在数字系统和电子计算机工作过程中，有大量的数据需要存储。半导体存储器就是一种能够存放大量数据的集成电路。半导体存储器是各种数字系统和计算机中不可缺少的组成部分。半导体存储器的分类：随机存储器（RandomAccessMemory简称RAM)只读存储器（Read-onlyMemory简称ROM)1.随机存储器（RAM)RAM:既能读出、写入数据,断电后数据不能保存。RAM按照存储单元的结构类型分：(1)静态RAM（StaticRAM，简称SRAM）SRAM的特点：存储单元结构较复杂，集成度较低，但读写速度快。(2)动态RAM（DynamicRAM,简称DRAM）DRAM的特点：

存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中。高速缓冲存储是SRAM的主要应用领域，一般要求存取时间小于30ns。1999年已开发出存取时间仅为0.55ns的超高速缓存SRAM。目前，DRAM向大容量、高集成度和高速专用化发展。国外2000年首次开发出了512MDRAM，2001年底开发了1GDRAM。近几年高速DRAM发展迅速，已从过去的扩展数据输出DRAM(EDODRAM)向同步DRAM(SDRAM)转移。2.只读存储器（ROM)

一般存入固定的数据，工作时只需读出所存的数据，ROM中存储的数据即使断电也不会丢失。按照ROM数据写入的方式，可分为：(1)掩膜ROM掩膜ROM存储的数据是在集成电路厂确定的，用户无法更改。PROM中的数据由用户自己写入，但只能写一次，写后就无法改变。(2)可编程ROM(ProgrammableROM简称PROM)(3)可擦除PROM（ErasablePROM简称EPROM)PROM中写入中的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写其中存储的数据。(4)电可擦除EPROM（ElectricallyEPROM简称E2PROM)E2PROM用电可擦除存入的数据，使用起来更加方便。3.可编程逻辑器件(ProgrammableLogicalDevice，简称

PLD)PLD是一种半定制器件，可以由编程来确定其逻辑功能。在设计和制作电子系统中使用PLD，可以获得较大的灵活性和较短的研制周期。

a.只读存储器(1)低密度PLDb.可编程逻辑阵列(ProgrammableLogicArray,简称

PLA)由可编程的与和或阵列组成，可以实现任意逻辑函数。

ROM是一种早期的PLD，由于结构的限制，它更适合于存储数据。c.可编程阵列逻辑(ProgrammableArrayLogic，简称

PAL)

d.通用阵列逻辑(GeneticArrayLogic，简称GAL)

GAL是在PLA基础上发展起来的，它采用了E2CMOS工艺，实现了可改写，由于其输出结构是可编程的逻辑宏单元，给逻辑设计带来很大的灵活性。低密度PLD的主要特点：集成度低，结构简单，仅能实现较小规模的逻辑电路。20世纪80年代中期，又出现了新一代的高密度PLD。这类器件的集成密度一般可达数千门，甚至上万门，具有在系统可编程或现场可编程特性，可用于实现较大规模的逻辑电路。把基于乘积项技术和Flash结构的高密度PLD称为复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexPLD)，而把基于查找表技术和SRAM结构的高密度PLD称为现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray)。CPLD和FPGA的逻辑功能基本相同，只是实现原理略有不同，统称为高密度可编程逻辑器件。CPLD和FPGA可实现较大规模的电路，编程也很灵活。它们具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于电子产品的设计和生产中。FPGA的主要特点：(1)基于SRAM结构。(2)采用查表作为基本逻辑单元。(3)容量大，设计灵活。(4)每一次上电时要进行数据加载。

密度和性能的持续提高、低廉的开发费用和快速的上市时间正在使设计人员转向