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1、1,7 存储器、复杂可编程器件和现场可编程 门阵列半导体存储器,教学基本要求,了解CPLD、FPGA的结构及实现逻辑功能的编程原理。,掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址、等基本概念。,掌握RAM、ROM的工作原理及典型应用。,了解存储器的存储单元的组成及工作原理。,7.1 只读存储器,7.2 随机存取存储器,7.3 复杂可编程逻辑器件,*7.4 现场可编程门阵列,教学内容,2,7.1 只读存储器,7.1.2 二维译码,7.1.3 可编程ROM,7.1.4 集成电路ROM,7.1.5 ROM的读操作与时序图,7.1.6 ROM的应用举例,7.1.1 ROM的定义与基本结构,3,7.1 只读存
2、储器,(2) ROM特点：ROM一般由专用的装置写入数据, 一旦写入不能随意改，在切 断电源后，数据也不会消失，即具有非易失性。,(1) 定义(ROM)：只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所以称 为只读存储器(Read-Only Memory).,(3) ROM的分类：,二极管ROM； 三极管ROM；MOS管ROM,按写入 情况划分,可编程ROM,按存贮单元中器件划分：,固定ROM:,存储内容在制造时用掩模技术确定，出厂时已完全固定，使 用时无法更改，所以固定ROM也称为掩模编程ROM。,PROM：,EPROM：,E2PROM：,内容由用户根据需要写入，但只能写入一次，一经写入就不
3、能再修改。,具有较大的使用灵活性，它的存储内容不仅可以按照用户的需要写入，而且还能擦去重写。,由快闪叠栅MOS管组成，可在线擦写1万次以上，但单元电路EPROM 复杂的多，所以集成度比EPROM低。,基本概念-1：,4,7.1 只读存储器,字数：字的总量。,地址：每个字的编号。,字数=2n （n为存储器外部地址线的线数）,基本概念-2：,（4）存储器的核心：是存储体本身，它由若干个存储单元构成的存储矩阵。,（5）存储器的存储容量(M) ：常用：字数字长（位数）来表示。 （例如 ： 4K 4位， 64K 8位等）,字长(位数):一个信息需要多少位的二进制数表示，字的位数称为字长。,5, 地址译码
4、器：将输入的地址代码译成字线输出信号，使 连接在这条字线上的存储单元与相应的读控制电路接通， 然后对这些单元进行读操作。,（1）R0M的基本结构： 由存储矩阵、地址译码器、输入/输 出控制电路三部分组成。,存储矩阵：由许多存储单元排列而成，每个存储单元能 存储l位二进制数据（1或0），在译码器和读控制电路的控 制下，可将所存储的数据1或0读出。,7.1.1 ROM的定义与基本结构, 读控制电路： 用于对电路的工作状态进行控制。 读信号为1时：执行读操作； 此外在读控制电路中另加有片选输入端，以利于存储器容量的扩展。,数据输出： 通常由三态门组成，实现输出（读出）功能。,6,7.1.1 ROM的
5、定义与基本结构,R O M 结 构 示 意 图,容量=字线位线,M=44,7,7.1.2 二维译码,R=1616=256,8,7.1.3 可编程ROM（256X1位EPROM）,256个存储单元排成1616的矩阵,行译码器从16行中选出要读的一行,列译码器再从选中的一行存储单元中,选出要读的一列的一个存储单元。,如选中的存储单元的MOS管的浮栅注入了电荷，该管截止，读得1；相反读得0,9,7.1.4 集成 电路 ROM,编程选通信号,编程写入电压,Atmel:128K8,10,7.1.5 ROM的读操作与定时图,读出过程操作如下： 欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端。 加入有效的片选信号
6、使输出使能信号OE有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上。 让片选信号CE或输出使能信号OE无效经过一定延时后，数据线呈高阻。,地址存取延迟时间,片选存取时间,输出使能延迟时间,输出保持时间,输出失效时间,11,（1）用于存储固定的专用程序,（2）利用ROM可实现查表或码制变换等功能,查表功能 查某个角度的三角函数,把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为 “造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。,码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终目的编码作为相应存储单元中的内容即可。,7.1.6 ROM的应用举例
7、,12,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路,13,7.2 随机存取存储器（RAM）,7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM),* 7.2.2 同步静态随机存取存储器（SSRAM）,7.2.4 存储器容量的扩展,7.2.3 动态随机存取存储器(DRAM),14,7.2 随机存取存储器（RAM）,7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM),1. SRAM 的本结构,高阻,输入,输出,高阻,1,0,1,0,15,2. 静态SRAM存储单元结构及工作原理,Xi=1时，T5、T6导通，触发器与位线接通；,Xi=0时，T5、T6截止，触发器与位线隔离,存储单元能够进行读写操作的条件是：与它相连的
8、行、列选择线均须呈高电平。,Yi=0时,T7、T8截止,位线与数据线隔离,Yi=1时，T7、T8导通，位线与数据线隔离,来自行地址译码器的输出,来自列地址译码器的输出,双稳态存储单元电路,16,7.2.3 动态随机存取存储器,1. DRAM存储单元,读操作过程：,读操作:X=1 =1,T导通,电容器C与位 线B连通。,输出缓冲器/灵敏放大器被选通，C中存储的数据通过位线和缓冲器输出。,每次读出后，必须及时对读出单元刷新，即此时刷新控制R也为高电平，则读出的数据又经刷新缓冲器和位线对电容器C进行刷新。,1,17,7.2.3 动态随机存取存储器,1. DRAM存储单元,写操作过程：,T导通,电容器
9、C与位 线B连通。,写操作:X=1 =0,输入缓冲器被选通，数据DI经缓冲器和位线写入存储单元,如果DI为1，则向电容器充电，C存1; 电容器放电, C存0 。,0,18,三管动态RAM存储单元,0,0,1,0,0,0,1,0,19,7.2.4 RAM存储容量的扩展,扩展存储容量的方法： 通过增加字长（位数）或字数来实现。,存储器的字数的单位：采用K、M、G为单位： IK 210 1024， IM二 220 1024K， IG 230 1024M,1字长（位数）的扩展： 通常RAM芯片的位数为1位、4位、8位、16位、32位等。当实际的存储器系统的字长超过RAM芯片的字长时，需要对RAM实行位
10、扩展。,（1）位扩展的方法：利用芯片的并联方式实现。,（2）位扩展例题：P355 图7.2.10,2字数的扩展：,（1）字数的扩展的方法： 字数的扩展可以利用外加译码器，控制存储器芯片的片选输入端来实现。,（2）字扩展例题：P355 图7.2.11,将 RAM的地址线； 读写控制线；片选信号对应地并联在一起，而各个芯片的数据输入/输出线作为字的各个位线。,20,位扩展例题,位扩展的方法：是利用芯片的并联方式实现。 将 RAM的地址线； 读写控制线；片选信号对应地并联在一起，而各个芯片的数据输入/输出线作为字的各个位线。,21,字扩展例题-1,字数扩展的方法：是利用外加译码器，控制存储器芯片 的
11、片选输入端来实现。,2000H 2001H 2002H 3FFFH,4000H 400H 4002H 5FFFH,6000H 6001H 6002H 7FFFH,0000H 0001H 0002H 1FFFH,芯片数=4,系统地址线数=15,每个芯片:A0 A12,22,7 例题分析：,【例1】 将IK 4 ROM扩展为8 K 8 ROM，需用 IK 4 ROM（ ）。,首先用两片 ROM将 1K 4扩展为 1K 8，再将8组 IK 8扩展为 8 K 8，因此需用 IK 4 ROM的片数为 2 816 (片）,【例2】16 K 8 RAM，其地址线和数据线的数目分别为（ ）。,因为 16 K=
12、161024=24 210，所以16 K其地址线为14根，数据线8根。,【例3】将2568 RAM扩展为1K8RAM存储系统。,【例4】用ROM实现产生二变量的或运算、二变量的与非运算、二变量的或 非运算、二变量的异或运算和二变量的与运算。 （1） 试列出电路的真值表； （2）写出各输出函数的逻辑表达式。,【例5】用ROM实现四位二进制码到格雷码的转换 。,【例6】用PAL实现四位二进制码到格雷码的转换,【例题7】,写出图题所示逻辑电路的输出逻辑函数表达式。,23,【例1】试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数。,24,【例题】ROM点阵图,25,例题3解,26,例题4解,（1） 试列出电路的
13、真值表；,（2）写出各输出函数的逻辑表达式。,27,例题5解,（1）输入是四位二进制码B3 B0，输出是四位格雷码，故选用容量为244的ROM （2）列出四位二进制码转换为格雷码的真值表，由表可写出下列最小项表达式：,G3m（8，9，10， 11， 12，13, 14，15） G2m（4，5， 6, 7， 8, 9, 10., 11） G1= m（2, 3, 4，5，10, 11，12, 13） G0 =m（1，2，5，6， 9, 10，13, 14）,28,【解题6】,（1）由真值表画卡诺图：,（2）由卡诺图求逻辑表达式：,（3）由表达式画出PAL阵列图,29,试分析图题8.3.1的逻辑电路，写出输出逻辑函数表达式。,【解题7】,
