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1、第七章 半导体存储器,半导体存储器 可编程逻辑器件,1 半导体存储器,存储器分类,RAM (Random-Access Memory),ROM (Read-Only Memory),半导体存储器是用来存储大量二值数据的器件。,RAM是随机存取存储器，在任意时刻，对任意单元可进行存/取（即：读/写）操作。,RAM特点:,灵活程序、数据可随时更改；,易失断电或电源电压波动, 会使内容丢失。,ROM是只读存储器，在正常工作状态只能读出信息，不能随时写入 。,ROM特点：,非易失性信息一旦写入，即使断电，信息也不会丢失，具有非“易失”性特点。常用于存放固定信息（如程序、常数等）。,编程较麻烦需用专用编
2、程器。,1.1 RAM,1.1.1 RAM分类,根据存储机理的不同，分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。 SRAM是利用触发器记忆的，只要不掉电，数据就能过永久保存。但是所用管子数目多，功能大，集成度受到限制。 DRAM利用MOS管的栅极电容的电荷存储效应。但是由于漏电阻的存在，电容上存储的数据不能长久保存，需要定期给电容充电，这种操作称为再生或刷新。,1.1.2 RAM的结构,存储矩阵用于存放二进制数，一个单元放一位，排列成矩阵形式。,读/写控制电路完成对选中的存储单元进行读出或写入数据的操作。把信息存入存储器的过程称为“写入”操作。反之，从存储器中取出信息的过程称为“读出”
3、操作。,地址译码器的作用是对外部输入的地址码进行译码，以便唯一地选择存储矩阵中的一个存储单元。,例如：容量为2561 的存储器,地址译码器,8根列地址选择线,32根行地址选择线,32 8 =256个存储单元,译码方式,单译码,双译码,-n位地址构成 2n 条地址线。若n=10，则有1024条地址线,- 将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码 其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择 的地址单元。,若给出地址A7-A0=001 00001，将选中哪个存储单元读/写？,若容量为2564 的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0，但其数据线有4根，每字4位。,8根列地址选择
4、线,32根行地址选择线,1024个存储单元,若给出地址A7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读/写？,RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。RAM中的寄存器的个数称为一个字数，寄存器中的存储数据的个数称为一个字长。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（字长）的乘积，叫做RAM的容量。 按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为10241位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的RAM，就是一个有256
5、个4位寄存器的RAM。 1K=210 1M=220 1G=230,存储器的容量,1.1.3 RAM的扩展(自学),1. 字长扩展,D0 D1 D2 D3,D12 D13 D14 D15,位扩展可以用多片芯片并联的方式来实现。即地址线、读/写线、片选信号对应并联，各芯片的I/O口作为整个RAM输入/出数据端的一位。,例1 用4K4位的RAM扩展为4K16位的RAM,2. 字数的扩展,例2 将8K8位的RAM扩展为32K8位的RAM,本节小结,随机存取存储器（RAM）可以在任意时刻、对任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，RAM最大的优点是存取方便，使
6、用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。 RAM由存储矩阵、地址译码器、读写控制电路、输入输出电路和片选控制电路等组成。实际上RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。 当单片RAM不能满足存储容量的要求时，可以把若干片RAM联在一起，以扩展存储容量，扩展的方法有位扩展和字扩展两种，在实际应用中，常将两种方法相互结合来达到预期要求。,1.2.1 ROM的特点及分类,ROM：Read-Only Memory的缩写。又称为只读存储器。 特点：通常需要专用装置写入数据，数据写入后一般不能随意改写，在切断电源后，数据不会消失，具有
7、非易失性。 根据存储方式的不同可以分为： 固定ROM：一旦ROM制成，其存储数据就固定不变。 PROM：一次可编程存储器。内部采用熔断丝结构，通过编程可以存储数据，但只能改写一次。 EPROM：光可擦除可编程存储器。内部采用浮栅技术，通过紫外线或X射线擦除数据，可重复改写。 E2PROM：电可擦除可编程存储器。内部采用浮栅技术，可随时改写。 Flash Memory：快闪存储器。擦除和写入分开。写的速度可以达到微秒级。,1.2 ROM,1.2.2 ROM的应用,（1） 用于存储固定的数据、表格,（2） 用户程序的存贮,（3） 构成组合逻辑电路,例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。,m0,m
8、1,m2,m9,例 2 用ROM实现逻辑函数。,m0m1m2m3,D0 D1 D2 D3,ROM的简化画法,地址译码器产生了输入变量的全部最小项,存储体实现了有关最小项的或运算,与阵列固定,或阵列可编程,固定连接,断开,编程连接,逻辑表达式,真值表或最小项表达式,1,1,按A、B、C、D排列变量，并将Y1、Y2扩展成为4变量的逻辑函数。,例 3 用ROM实现组合逻辑函数,2,2,选择ROM，画阵列图,用ROM构成能实现函数yx2的运算表电路。,练习,设x的取值范围为015的正整数，则对应的是4位二进制正整数，用BB3B2B1B0表示。根据yx2可算出y的最大值是152225，可以用8位二进制数
9、YY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。由此可列出YB2即yx2的真值表。,真值表,逻辑表达式,阵列图,只读存储器在存入数据以后，不能用简单的方法更改，即在工作时它的存储内容是固定不变的，只能从中读出信息，不能写入信息，并且其所存储的信息在断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。 ROM由地址译码器和存储体两部分构成。地址译码器产生了输入变量的全部最小项，即实现了对输入变量的与运算；存储体实现了有关最小项的或运算。因此，ROM实际上是由与门阵列和或门阵列构成的组合电路，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。 利用ROM实现组合函数的步骤：（1）列出函数的真值表或写出函数的最小项表达式。（2）选择合
10、适的ROM，画出函数的阵列图。,本节小结,2 可编程逻辑器件,2.1 概述 2.2 可编程阵列逻辑器件(PAL)简介,2.1 概述,从逻辑功能的特点来看，数字电路可分为通用型和专用型两种。前面介绍的都属于通用型。如门电路、计数器、寄存器等。,还有很多电路实现复杂逻辑功能，是为某种用途专门设计的集成电路，称为专用集成电路，简称ASIC。,1.引 言,可编程逻辑器件，简称PLD（Programmable Logical Device)。它属于通用器件，但它的逻辑功能是由用户通过编程来设定的。PLD的集成度很高，足以满足一般数字系统的要求。,由PLD编程的开发系统由硬件和软件两部分构成。硬件为计算机
11、、专用编程器等；软件为集成开发软件、ABEL、Verilog HDL、VHDL等语言。,2. PLD的电路表示法,乘积项,连接方式,基本门表示法,或项,或门,例2:,0,1,L1-全积项,L2-悬浮1,L3-硬线连接,例 1:,可编程与阵列,固定或阵列,基本的PLD结构,1. PAL的基本结构：,包含一个可编程的与逻辑阵列和一个固定的或逻辑阵列。,ABC,AB,AC,BC,全加器,2.2 可编程阵列逻辑器件(PAL)简介,2.PAL的 逻辑电路图,输入端,输入/输出端,输出三态门,输入缓冲器,可编程与阵列,PAL是70年代末由MMI公司最先推出的一种可编程逻辑器件,3. PAL应用举例,用PA
12、L器件设计一个数值判别电路。要求判别四位二进制数ABCD之大小属于0-5，6-10，11-15三个区间的哪一个区间内。,解：,设Y0=1 表示ABCD的数值在 0-5之间；,设Y1=1 表示ABCD的数值在 6-10之间；,设Y2=1 表示ABCD的数值在 11-15之间；,则可列真值表如下：,写出表达式：,卡诺图化简：,1 1 1 1 1 1,1 1 1,1,1 1,1 1,1,Y2=AB+ACD,阵 列 图,Y2=AB+ACD,PLD的主体是一个可编程的与逻辑阵列和一个固定的或逻辑，因此，可利用PLD来实现任何组合逻辑函数 用PLA实现逻辑函数的基本原理是基于函数的最简与或表达式。用PLA实现逻辑函数时，首先需将函数化为最简与或式，然后画出PLA的阵列图。,本节小结,作 业,P340 8.1.3 P342 8.3.1,