存储器与可编程逻辑器件课件1

記憶體與可編程邏輯器件

記憶體是用來存儲二值數字資訊的大規模積體電路，是進一步完善數字系統功能的重要部件。它是將大量記憶體按一定規律結合起來的整體，可以視為一個由許多房間組成的大旅館。每個房間有一個號碼（地址碼），每個房間內有一定內容（一位二進位數碼）。14.1半導體記憶體概述14.1.1記憶體的技術指標1.存儲容量記憶體中存儲單元的總數。

一組二進位資訊稱為一個字，一個字由若干位（Bit）組成。若一個記憶體由N個字組成，每個字有M位，則記憶體的容量為M×N。例如：一個存儲單元有1K字，每個字的字長為4位，則該記憶體的容量為1024（1K字）×4=4096個二進位單元。

存儲容量是ROM的主要技術指標之一，它一般用[存儲字數：2N].[輸出位數：M]來表示(其中N為記憶體的地址線數)。例如：128(字).8(位)、1024(字)8(位)等等。.(2).讀寫記憶體(RAM)(1).只讀記憶體(ROM)

半導體記憶體可分為兩大類：2.存取週期

連續兩次讀（寫）操作間隔的最短時間。用來表徵存取速率。14.1.2半導體記憶體的分類14.2只讀記憶體(ROM)

只讀記憶體在工作時其存儲內容是固定不變的，只能讀出，不能隨時寫入，所以稱為只讀記憶體。14.2.1ROM的基本結構及工作原理ROM主要由地址解碼器、存儲矩陣和輸出電路三部分組成。

下圖是一個最簡單的二極體ROM電路：ReadOnlyMemory...A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-VCC譯碼器K:輸出控制端輸出電路存儲矩陣字線位線000011111111111000000001地址A1A0D3D2D1D0內容位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0-UCC譯碼器K:輸出控制端字線

輸入任意一個地址碼，解碼器就可使與之對應的某條字線為高電平，進而從位線上讀出四位輸出數字量。

可見，字線和位線的每一個交叉點都是一個存儲單元。交叉點處有二極體，相當於存1，沒有二極體相當於0。ROM電路圖可以簡化（用表示二極體）。

例如：用ROM實現下列邏輯函數功能m0m1m2m3m4m5m6m7F1F2+VCCW3W0W1W2D0D1D2D3

左圖是使用MOS管的ROM矩陣：有MOS管的單元存儲“0”，無MOS管的單元存儲“1”。

左圖也可以簡化，有MOS管處用代替。

在前面介紹的兩種記憶體中，其存儲單元中的內容在出廠時已被完全固定下來，使用時不能變動，稱為固定ROM

。

有一種可編程序的ROM，在出廠時全部存儲“1”，用戶可根據需要將某些單元改寫為“0”,然而只能改寫一次，稱其為PROM。字線位線熔斷絲

若將熔絲燒斷，該單元則變成“0”。顯然，一旦燒斷後不能再恢復。PROM中的內容只能寫一次，有時仍嫌不方便，於是又發展了一種可以改寫多次的ROM，簡稱EPROM。它所存儲的資訊可以用紫外線或X射線照射擦去，然後又可以重新編制資訊。14.2.2ROM的應用舉例1.用於存儲固定的專用程式2.利用ROM可實現查表或碼制變換等功能

查表功能－－查某個角度的三角函數

先把變數值作為地址碼，其對應的函數值作為存放在該地址內的數據存儲在ROM內，這稱為“造表”。使用時，根據輸入的地址(角度)，就可在輸出端得到所需的函數值，這就稱為“查表”。

碼制變換－－把欲變換的編碼作為地址，把最終的目的編碼作為相應存儲單元中的內容即可。3.ROM在波形發生器中的應用ROMD/A計數器CP計數脈衝送示波器34A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963tuo0ROMD/A計數器CP計數脈衝送示波器34uoA1A2A0D3D2D1D0D/A0100000000000111111111110000000000000000000000111111111112481296314.3讀寫記憶體(RAM)

讀寫記憶體又稱隨機記憶體。

讀寫記憶體的特點是：在工作過程中，既可從記憶體的任意單元讀出資訊，又可以把外界資訊寫入任意單元，因此它被稱為隨機記憶體，簡稱RAM

。RandomAccessMemory...RAM按功能可分為靜態、動態兩類；RAM按所用器件又可分為雙極型和MOS型兩種。14.3.1基本存儲單元WiDD符號VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字線數據線數據線介紹基本存儲單元的工作原理:VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字線數據線數據線VCCT2T1T3T4

由增強型NMOS管T1和T2、T3和T4構成一個基本R-S觸發器，它是存儲資訊的基本單元。而T5和T6是門控管，由字線Wi控制其導通或截止：Wi＝1則導通，否則截止。

門控管T5和T6導通時可以進行“讀”或“寫”的操作：VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4數據線數據線字線

如果數據線先被加上外來電壓，則執行“寫”操作；

如果數據線懸空，則執行“讀”操作。VCCWiDDI/OR/W123T2T3T4T5T6QQT1字線數據線數據線I/OR/W123數據線數據線

R/W的控制作用：R/W=0時，三態門1、3接通，而門2處於高阻，使I/O信號得以經過門1、3送到數據線上，以便寫入；R/W＝1時，

門1、3處於高阻狀態，門2接通，將數據線上電位送到I/O，以便讀出。W3W2W1W0地址譯碼器讀寫及輸入/輸出控制I/O1I/O0CSR/WA0A1D1D1D0D0存儲矩陣14.3.2記憶體的整體結構14.3.3RAM組件及其連接123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R/WRAM2114管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM6116管腳圖A2A711112141324A8D5D6D7RDWR1.擴大

RAM(如2114)的位數

要達到這個目的方法很簡單，只要把各片地址線對應連接在一起，而數據線並聯使用即可，示範接線如下圖：D7A9A0R/WCSD1D3D2D0A9A0R/WCSD1D3D2D0......D6D5D4D1D3D2D0...CSR/WA0A92114(1)2114(2)用(兩片2114)1024×4構成1024×82.增加

RAM(如2114)的字數

通過用1024×4(4片2114)構成4096×4為例，介紹解決這類問題的辦法。(1).訪問4096個單元，必然有12

根地址線；(2).訪問RAM2114，只需

10

根地址線，尚餘2根地址線；(3).設法用剩餘的

2根地址線去控制4個2114的片選端。思路：CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D324解碼器A11A10A0A9D3D2D1D02114(1)2114(2)2114(3)2114(4)R/WY0Y3A11A10選中片序號對應的存儲單元001110012114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000~10231024~20472048~30713072~409514.4可編程邏輯器件

可編程邏輯器件簡稱PLD（ProgrammableLogicDevice），屬於專用型積體電路（ASIC）（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）。

可編程邏輯規件作功能為通用電路生產，它的邏輯功能由用戶對它編程來決定。它的規模越來越大，幾乎可以滿足數字系統的設計要求，設計人員可以自己編程，把自己設計的數字電路程式寫到PLD中，不必去請積體電路製造商設計和製作專用積體電路。在系統可編程邏輯器件（ispPLD）

在系統可編程邏輯器件（in-SystemProgrammablePLD），是Lattice公司20世紀90年代推出的一種新型的可編程邏輯器件。這種器件的最大特點是：編程