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1、1第七章第七章 大规模集成电路大规模集成电路 半导体存储器半导体存储器半导体存储器半导体存储器概述概述概述概述ROMROM大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路知识结构图知识结构图知识结构图知识结构图RAMRAM存储器容量扩展存储器容量扩展存储器容量扩展存储器容量扩展定义定义定义定义分类分类分类分类技术指标技术指标技术指标技术指标 可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件概述概述概述概述FPLAFPLAPALPALGALGAL特点特点特点特点分类分类分类分类图形符号图形符号图形符号图形符号2第一节第一节 半导体存储器半导体存储器v 概述概述v 只读存储器（只读
2、存储器（ROM)v 随机存储器（随机存储器（RAM)v 存储器容量的扩展存储器容量的扩展v 用存储器实现组合逻辑函数用存储器实现组合逻辑函数3存储器的存储媒介有多种，应用范围也非常广泛。存储器的存储媒介有多种，应用范围也非常广泛。软磁盘软磁盘磁带磁带硬盘硬盘内存条内存条光盘光盘优盘优盘数码相机用数码相机用SM卡卡45n存储容量存储容量存储器包含基本存储单元的总数。一个基本存储单元能存储存储器包含基本存储单元的总数。一个基本存储单元能存储位位(Bit)(Bit)的信息，即一个的信息，即一个0或一个或一个1。 存储器的读写操作是以存储器的读写操作是以字字为单位的，每一个字可包含多个位。为单位的，每
3、一个字可包含多个位。例如：例如：字数字数：字长字长：每次可以读：每次可以读( (写写) )二值码的个数二值码的个数总容量总容量n存取速度存取速度反映存储器的工作速度，通常用读反映存储器的工作速度，通常用读( (或写或写) )周期来描述。周期来描述。半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标6一、掩模只读存储器一、掩模只读存储器（又称固定（又称固定ROM）特特点点：出出厂厂时时已已经经固固定定，用用户户不不能能不不能能更更改改，适适合合大大量量生生产产;结结构简单，便宜，非易失性。构简单，便宜，非易失性。1. ROM的构成的构成只读存储器只读存储器ROM字线字线容量容量=字线字线位线位
4、线位线位线7二、举例8地 址数 据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0An-1W0W(2n-1)D0Dm9n存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元存储单元”，存，存储单元中储单元中有器件存入有器件存入“1”，无器件存入，无器件存入“0”n存储器的容量：存储器的容量：“字数字数 x 位数位数”107.2.2 可编程ROM（PROM）总体结构与掩模ROM一样，但存储单元不同11三、三、三、三、 可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程ROMROM（EPROMEPROM）（）（）（）（自学自学自学自学）1 1 1、紫外线擦除的可
5、编程、紫外线擦除的可编程、紫外线擦除的可编程、紫外线擦除的可编程、紫外线擦除的可编程、紫外线擦除的可编程ROMROMROM（UVEPROMUVEPROMUVEPROM）写写入入：浮浮栅栅不不带带电电荷荷，在在D-S间间加加高高压压(20-25V)后后，漏漏极极PN结结雪雪崩崩击击穿穿，在在Gc加高压脉冲，吸引高速电子穿越加高压脉冲，吸引高速电子穿越SiO2到达到达Gf，形成注入负电荷。，形成注入负电荷。 擦擦除除：用用紫紫外外线线或或X射射线线照照射射，产产生生电电子子空空穴穴对对，提提供供泄泄放放通通道道。不能实现字擦除（只擦一个或一些字）功能。不能实现字擦除（只擦一个或一些字）功能。保存时
6、间：保存时间：在不受光线干扰的情况下，可保存在不受光线干扰的情况下，可保存10年。年。SIMOS管（叠栅注入管（叠栅注入MOS管）管）利用浮栅是否累积有负电荷来存储二值利用浮栅是否累积有负电荷来存储二值数据。数据。12由大量寄存器由大量寄存器构成的矩阵构成的矩阵用以决定访问用以决定访问哪个字单元哪个字单元用以决定芯用以决定芯片是否工作片是否工作用以决定对用以决定对被选中的单元被选中的单元是读还是写是读还是写读出及写入读出及写入数据的通道数据的通道随机存储器随机存储器RAM13地址译码器方法地址译码器方法 :单译码结构单译码结构n位地址构成位地址构成 2n 条地址线条地址线 当地址码有效时，只对
7、应一条字选择线有效，选择连到该字选择线上的所有存储当地址码有效时，只对应一条字选择线有效，选择连到该字选择线上的所有存储元，在读元，在读/写命令控制下，同时从位线（数据线）上读出数据或写入数据。写命令控制下，同时从位线（数据线）上读出数据或写入数据。 14 被选中的存储元一定是当被选中的存储元一定是当X选择线和选择线和Y选择线有效时交叉点的那个存储元，选择线有效时交叉点的那个存储元，然后对该存储元进行读出和写入操作。然后对该存储元进行读出和写入操作。 地址译码器方法地址译码器方法 :双译码结构双译码结构由行译码器和列译码器共同译码，输出为存储矩阵由行译码器和列译码器共同译码，输出为存储矩阵的行
8、列选择线共同确定欲选择的行列选择线共同确定欲选择 的地址单元。的地址单元。15一、静态随机存储器（一、静态随机存储器（SRAM）1、结构与工作原理、结构与工作原理1617二、SRAM的存储单元六管N沟道增强型MOS管187.4 存储器容量的扩展7.4.1 位扩展方式适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片例：用八片1024 x 11024 x 1位位 1024 x 81024 x 8位的位的RAMRAM197.4.2 字扩展方式适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时1024 x 8RAM例：用四片例：用四片256 x 8256 x
9、 8位位1024 x 81024 x 8位位 RAMRAM200 0 0 1 1 10 1 1 0 1 11 0 1 1 0 11 1 1 1 1 021输入输出（I/O）线并联要增加的地址线要增加的地址线A8A9与译码器的输入与译码器的输入相连，译码器的输出分别接至相连，译码器的输出分别接至4片片RAM的的片选控制端片选控制端22例例1:有有2564位芯片，问地址线多少位，数据线多少位？位芯片，问地址线多少位，数据线多少位？例例2:使用使用2564位芯片组成位芯片组成10244位存储器，问需要多少芯片位存储器，问需要多少芯片?例例3:使用使用2564位芯片组成位芯片组成25616位存储器，问
10、需要多少芯片位存储器，问需要多少芯片?例例4:使用使用2564位芯片组成位芯片组成204832位存储器，问需要多少芯片位存储器，问需要多少芯片?23用存储器实现组合逻辑函数依据：依据：ROM是由是由与与阵列和阵列和或或阵列组成的组合逻辑电路。阵列组成的组合逻辑电路。将将与与阵阵列列地地址址端端A0An当当作作逻逻辑辑函函数数的的输输入入变变量量，则则可在地址译码器输出端（即字线）上产生全部最小项；可在地址译码器输出端（即字线）上产生全部最小项；或或阵阵列列的的输输出出（位位线线）是是将将与与之之相相连连字字线线上上的的信信息息相相或或以以后后作作为为输输出出的的，因因此此在在数数据据输输出出端
11、端可可获获得得有有关关最最小小项项相相或或的表达式。的表达式。结结论论：ROM有有几几个个数数据据输输出出端端，即即可可获获得得几几个个逻逻辑辑函函数数的的输出。输出。方法：方法：列出函数的真值表，直接画出存储矩阵的阵列图。列出函数的真值表，直接画出存储矩阵的阵列图。？回顾与思考：回顾与思考：译码器实现组合逻辑函数的方法及步骤？译码器实现组合逻辑函数的方法及步骤？24举例举例25第七章第七章习题一、判断一、判断1.RAM由若干位存由若干位存储单元元组成，每个存成，每个存储单元可存放一位二元可存放一位二进制信息。制信息。（ ）2.动态随机存取存储器需要不断地刷新，以防止电容上存储的信息丢动态随机
12、存取存储器需要不断地刷新，以防止电容上存储的信息丢失。（失。（ ）3.用用2片容量为片容量为16K8的的RAM构成容量为构成容量为32K8的的RAM是位扩展。是位扩展。（ ）4.所有的半导体存储器在运行时都具有读和写的功能。（所有的半导体存储器在运行时都具有读和写的功能。（ ）5.ROM和和RAM中存入的信息在电源断掉后都不会丢失。（中存入的信息在电源断掉后都不会丢失。（ ）6.存储器字数的扩展可以利用外加译码器控制数个芯片的片选输入端存储器字数的扩展可以利用外加译码器控制数个芯片的片选输入端来实现。（来实现。（ ）7.PROM的或阵列（存储矩阵）是可编程阵列。（的或阵列（存储矩阵）是可编程阵
13、列。（ ）8.ROM的每个与项（地址译码器的输出）都一定是最小项。（的每个与项（地址译码器的输出）都一定是最小项。（ ）26二、选择二、选择1.一个容量为一个容量为1K8的存储器有的存储器有 BD 个存储单元。个存储单元。A.8 B.8K C.8000 D.81922.要构成容量为要构成容量为4K8的的RAM，需要，需要 D 片容量为片容量为2564的的RAM。A.2 B.4 C.8 D.323.寻址容量为寻址容量为16K8的的RAM需要需要 C 根地址线。根地址线。A.4 B.8 C.14 D.16 E.16K4.若若RAM的地址码有的地址码有8位，行、列地址译码器的输入端都为位，行、列地址
14、译码器的输入端都为4个，个，则它们的输出线（即字线加位线）共有则它们的输出线（即字线加位线）共有 C 条。条。A.8 B.16 C.32 D.2565.某存储器具有某存储器具有8根地址线和根地址线和8根双向数据线，则该存储器的容量根双向数据线，则该存储器的容量为为 C 。A.83 B.8K8 C.2568 D. 2562566.随机存取存储器具有随机存取存储器具有 A 功能。功能。A.读读/写写 B.无读无读/写写 C.只读只读 D.只写只写277.欲将容量为欲将容量为1281的的RAM扩展为扩展为10248，则需要控制各片选端的，则需要控制各片选端的辅助译码器的输出端数为辅助译码器的输出端数
15、为 D 。A.1 B.2 C.3 D.88.随机存取存储器随机存取存储器RAM中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容中的内容 C 。A.全部改变全部改变 B.全部为全部为1 C.不确定不确定 D.保持不变保持不变9.一个容量为一个容量为5121的静态的静态RAM具有具有 AA 。A.地址线地址线9根，数据线根，数据线1根根 B.地址线地址线1根，数据线根，数据线9根根C.地址线地址线512根，数据线根，数据线9根根 D.地址线地址线9根，数据线根，数据线512根根10.只读存储器只读存储器ROM在运行时具有在运行时具有 A 功能。功能。A.读读/无写无
16、写 B.无读无读/写写 C.读读/写写 D.无读无读/无写无写11.只读存储器只读存储器ROM中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容内容 D 。A.全部改变全部改变 B.全部为全部为0 C.不可预料不可预料 D.保持不变保持不变2812.PROM的与陈列（地址译码器）是的与陈列（地址译码器）是 B 。A.全译码可编程阵列全译码可编程阵列 B. 全译码不可编程阵列全译码不可编程阵列 C.非全译码可编程阵列非全译码可编程阵列 D.非全译码不可编程阵列非全译码不可编程阵列29第二节第二节 可编程逻辑器件可编程逻辑器件v 概述概述v 现场可编程逻辑阵列（现
17、场可编程逻辑阵列（FPLA)v 可编程阵列逻辑（可编程阵列逻辑（PAL)v 通用阵列逻辑（通用阵列逻辑（GAL)30概述一、一、一、一、PLDPLD的基本特点的基本特点的基本特点的基本特点1. 1. 数字集成电路从功能上有分为数字集成电路从功能上有分为数字集成电路从功能上有分为数字集成电路从功能上有分为通用型通用型通用型通用型、专用型专用型专用型专用型两大类两大类两大类两大类n通用集成电路：通用集成电路：结构简单，功耗大，可靠性差。结构简单，功耗大，可靠性差。n专用集成电路专用集成电路ASIC：可靠性高，设计制造周期长，成本高可靠性高，设计制造周期长，成本高。数字系统2. PLD2. PLD的
18、特点：的特点：的特点：的特点：按通用器件来生产，逻辑功能是由用户通过对按通用器件来生产，逻辑功能是由用户通过对按通用器件来生产，逻辑功能是由用户通过对按通用器件来生产，逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的。器件编程来设定的。器件编程来设定的。器件编程来设定的。31二、二、LSI中用的逻辑图符号中用的逻辑图符号32现场可编程逻辑阵列FPLAFPLA与与 PROM的比较的比较FPLAFPLA的基本特点的基本特点的基本特点的基本特点: :与阵列、或阵列都是可编程的与阵列、或阵列都是可编程的与阵列、或阵列都是可编程的与阵列、或阵列都是可编程的FPLA结构框图结构框图 33FPLA举例举例34PAL（
19、Programmable Array Logic）一、一、一、一、PALPAL的基本结构的基本结构的基本结构的基本结构n n基本结构形式：基本结构形式：基本结构形式：基本结构形式：可编程可编程可编程可编程与与与与阵列阵列阵列阵列+ +固定固定固定固定或或或或阵列阵列阵列阵列+ +输出电路输出电路输出电路输出电路n n编程单元：编程单元：编程单元：编程单元：未编程前，所有的交叉点均有熔丝未编程前，所有的交叉点均有熔丝未编程前，所有的交叉点均有熔丝未编程前，所有的交叉点均有熔丝35P393:图图8.3.2 36二、二、PAL的输出电路结构和反馈形式（的输出电路结构和反馈形式（自学自学）PAL举例举
20、例37GAL（Generic Array Logic）一、一、一、一、GALGAL的电路结构形式的电路结构形式的电路结构形式的电路结构形式n n基本结构形式：基本结构形式：基本结构形式：基本结构形式：可编程可编程可编程可编程与与与与阵列阵列阵列阵列+ +固定固定固定固定或或或或阵列阵列阵列阵列+ +可编程可编程可编程可编程输出电路输出电路输出电路输出电路 OLMCOLMCn n编程单元：编程单元：编程单元：编程单元：采用电可擦除的采用电可擦除的采用电可擦除的采用电可擦除的CMOSCMOS制作（制作（制作（制作（E E2 2CMOSCMOS），），），），可改可改可改可改写写写写n n通过通过通
21、过通过编程编程编程编程设置设置设置设置不同的输出不同的输出不同的输出不同的输出状态。状态。状态。状态。38GAL16V8电路结构电路结构逻辑宏单元逻辑宏单元输出缓冲器输出缓冲器 输入缓冲器输入缓冲器时钟信时钟信号输入号输入可编程与阵列可编程与阵列固定或阵列固定或阵列 输出反馈输出反馈/输入缓冲器输入缓冲器39二二二二 、输出逻辑宏单元、输出逻辑宏单元、输出逻辑宏单元、输出逻辑宏单元OLMCOLMC乘积项数据选择器乘积项数据选择器三态数据选择器三态数据选择器输出数据选择器输出数据选择器反馈数据选择器反馈数据选择器40三、三、 OLMC 工作模式工作模式（自学自学）用户通过结构控制字确定用户通过结
22、构控制字确定OLMC的五种结构，三种工作模式。的五种结构，三种工作模式。 41一一.选择题选择题 1、PROM、PLA、PAL三种可编程器件中，（三种可编程器件中，（ ABC ）是可编程的。）是可编程的。 A、PROM的或门阵列的或门阵列 B、PAL的与门阵列的与门阵列 C、PLA的与门阵列或门阵列的与门阵列或门阵列 D、PROM的与门阵列的与门阵列2、PAL是指（是指（ B ）。）。 A、可编程逻辑阵列、可编程逻辑阵列 B、可编程阵列逻辑、可编程阵列逻辑 C、通用阵列逻辑、通用阵列逻辑 D、只读存储器、只读存储器 3可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD，其内部均由与阵列和或阵列组成。其中，与阵，其内部均由与阵列和或阵列组成。其中，与阵列可编程的器件有（列可编程的器件有（ BCD ） A、 ROM B、PLA C、 PAL D、GAL4、用、用PLA进行逻辑设计时，应将逻辑函数表达式变换成（进行逻辑设计时，应将逻辑函数表达式变换成（ C ）。）。 A、异或表达式、异或表达式 B、与非表达式、与非表达式 C、最简、最简“与与或或”表达式表达式 D、标准、标准“或或与与”表达式表达式6、GAL是指（是指（ D ）。）。 A、专用集成电路、专用集成电路 B、可编程逻辑阵列逻辑、可编程逻辑阵列逻辑 C、通用集成电路、通用集成电路 D、通用阵列逻辑、通用阵列逻辑
