半導(dǎo)體儲(chǔ)存器與可編程邏輯器件

第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.1只讀存儲(chǔ)器各種存儲(chǔ)器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種。在正常工作時(shí)它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是固定不變的，只能讀出，不能隨時(shí)寫入，故稱只讀存儲(chǔ)器。 二極管ROM使用的器件類型:

雙極型三極管ROM MOS管ROM數(shù)據(jù)的寫入方式:

固定ROM：無法更改，出廠時(shí)已定可編程ROM（PROM）：用戶只可寫入一次可擦可編程ROM（EPROM）：可寫可擦，但費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，操作復(fù)雜電抹可編程ROM（E2PROM）第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.1.1ROM的結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)輸出讀出電路存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器N×M位線（數(shù)據(jù)線）字線（選擇線）地址輸入Ak-1A1A0......W0W1WN-1DM-1D0D1......表示存儲(chǔ)容量ROM主要結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日

1.存儲(chǔ)矩陣：由存儲(chǔ)單元構(gòu)成，一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”。存儲(chǔ)器是以字為單位進(jìn)行存儲(chǔ)的。

2.地址譯碼器：為了存取的方便，給每組存儲(chǔ)單元以確定的標(biāo)號(hào)，這個(gè)標(biāo)號(hào)稱為地址。圖8.1.1中，W0~WN-1稱為字單元的地址選擇線，簡(jiǎn)稱字線；地址譯碼器根據(jù)輸入的代碼從W0~WN-1條字線中選擇一條字線，確定與地址代碼相對(duì)應(yīng)的一組存儲(chǔ)單元位置。被選中的一組存儲(chǔ)單元中的各位數(shù)碼經(jīng)位線D0~DM-1傳送到數(shù)據(jù)輸出端。第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.1.2ROM的工作原理11A0A1地址輸入W0W1W2W3A1A0+UA0A1讀出電路存儲(chǔ)輸出D0D1D2D3存“1”存“0”地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣字線位線第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日四個(gè)地址的邏輯式分別為：地址譯碼器特點(diǎn)：（1）N取一譯碼：即N條字線中，每次只能選中一條字線。圖示電路為四選一譯碼。（2）最小項(xiàng)譯碼：n個(gè)地址輸入變量A0~An最小項(xiàng)的數(shù)目為N=2n。圖示電路最小項(xiàng)為四個(gè)。地址譯碼器是一個(gè)“與”邏輯陣列第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

N取一譯碼及ROM存儲(chǔ)內(nèi)容地址碼A0A100011011最小項(xiàng)及編號(hào)N取一譯碼存儲(chǔ)內(nèi)容W0W1W2W3D0D1D2D3m0m1m2m3

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10001110地址譯碼器是一個(gè)“與”邏輯陣列第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日11A0A1字線位線讀出電路地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣地址輸入W0W1W2W3D0D1D2D3A1A0+UA0A18.1.2ROM的工作原理“0”“0”0001導(dǎo)通

0101導(dǎo)通第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.1.2ROM的工作原理存儲(chǔ)矩陣是一個(gè)“或”邏輯陣列W3=A1A0m3m2W2=A1A0m1W1=A1A0m0W0=A1A0A0A1地址譯碼器D3D2D1D0有二極管無二極管第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的存儲(chǔ)矩陣存“1”存“0”D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.雙極型晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的存儲(chǔ)矩陣“1”“0”“0”“0”選中

1101D3D2D1D0W2W1W0+UDDW3導(dǎo)通第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1D31D21D11D0W0W1W2W3負(fù)載管+UDD“1”“0”“0”“0”選中

0010

1101導(dǎo)通第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.ROM構(gòu)成的全加器8.1.3ROM的應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中ROM的應(yīng)用十分廣泛，如組合邏輯、波形變換、字符產(chǎn)生以及計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)等。輸入變量A——加數(shù)B——加數(shù)C0——低位進(jìn)位數(shù)輸出變量S——本位和C0——向高位進(jìn)位數(shù)第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日A

B

C0十進(jìn)制最小項(xiàng)被選中字線最小項(xiàng)編號(hào)位線SC

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11101234567ABC0ABC0ABAC0AC0BC0BC0ABBC0AC0BAW0=1W1=1W2=1W3=1W4=1W5=1W6=1W7=1m0m1m2m3m4m5m6m7

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11全加器邏輯狀態(tài)及三變量最小項(xiàng)編碼第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日根據(jù)表可得：WOm0W1m1W2m2W3m3W4m4W5m5W6m6W7m7SCABC最小項(xiàng)譯碼器第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器字符發(fā)生器常用于顯示終端、打印機(jī)及其其它一些數(shù)字裝置。將各種字母、數(shù)字等字符事先存儲(chǔ)在ROM的存儲(chǔ)矩陣中，再以適當(dāng)?shù)姆绞浇o出地址碼，某個(gè)字符就能讀出來，并驅(qū)動(dòng)顯示器顯示。下面用ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器顯示字母R來說明其工作原理。第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日(b)WOW1W2W3W4W5W6(a)000001010011100101110D4D3D2D1D0行譯碼器A2A1A0讀出電路由圖可看出該字符顯示器由7行5列構(gòu)成存儲(chǔ)矩陣，將字母R的形狀分割成若干部分并在相應(yīng)的單元存入信息“1”。當(dāng)?shù)刂份斎胗?00~110周期地循環(huán)變化時(shí),即可逐行掃描各字線,把字線W0~W7所存儲(chǔ)的字母“R”的字形信息從位線D0~D4讀出。使顯示設(shè)備一行行的顯示出字形。第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），它能隨時(shí)從任何一個(gè)指定地址的存儲(chǔ)單元中取出（讀出）信息，也可隨時(shí)將信息存入（寫入）任何一個(gè)指定的地址單元中。因此也稱為讀/寫存儲(chǔ)器。優(yōu)點(diǎn)：讀/寫方便缺點(diǎn)：信息容易丟失，一旦斷電，所存儲(chǔ)器的信息會(huì)隨之消失，不利于數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存。按存儲(chǔ)單元的特性分為：SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日地址輸入An-1A0A1地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣數(shù)據(jù)線讀寫/控制電路讀/寫控制(R/W)片選(CS)輸入/輸出

I/O......8.2.1RAM的結(jié)構(gòu)和工作原理第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.存儲(chǔ)矩陣：由存儲(chǔ)單元構(gòu)成，一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”。與ROM不同的是RAM存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)不是預(yù)先固定的，而是取決于外部輸入信息，其存儲(chǔ)單元必須由具有記憶功能的電路構(gòu)成。2.地址譯碼器：也是N取一譯碼器。3.讀/寫控制電路：當(dāng)R/W=1時(shí)，執(zhí)行讀操作，R/W=0時(shí)，執(zhí)行寫操作。4.片選控制：當(dāng)CS=0時(shí)，選中該片RAM工作，CS=1時(shí)該片RAM不工作。第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.2.22114靜態(tài)RAMMOS型RAM靜態(tài)RAM：管子數(shù)目多，功耗大，但只要不斷電，信息就永久保存。動(dòng)態(tài)RAM：集成度高，功耗小，但必須定期給電容補(bǔ)充電荷，以防存儲(chǔ)信息的丟失。一般情況下，大容量的存儲(chǔ)器使用動(dòng)態(tài)RAM；小容量的存儲(chǔ)器使用靜態(tài)RAM。第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日9GNDCS8A27A16A05A34A43A52A61I/O0A9A8A7UCC121011141315161718I/O1I/O2I/O3R/WRAM2114容量：1024字4位地址線：A9~A0(210=1024)數(shù)據(jù)線：I/O3~I/O0第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.RAM位數(shù)的擴(kuò)展將幾片的地址端、R/W端、CS端并接在一起A9…A0

R/W

CSRAM2114(1)I/O3I/O7I/O6I/O2IO/5I/O1I/O4I/O0A9…A0

R/W

CSI/O3I/O2RAM2114(2)I/O1I/O0I/O0I/O3I/O2I/O1高四位低四位A9A0R/WCS地址碼…第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.RAM字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展A11~A0十二根地址線，組成4096字4位的RAM...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4線譯碼器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCSA9…A0R/WCS第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日...RAM21114(1)I/O(2)I/O(3)I/O(4)I/OA11A10A11A102/4線譯碼器R/WA0A9I/O3I/O2I/O1I/O0A11A10A11A10A11A10A9…A0R/WCSA9…A0R/W

CSA9…A0R/W

CSA9…A0R/W

CS00選中0第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日可編程邏輯器件（PLD）它是由用戶自行定義功能（編程）的一類邏輯器件的總稱。輸入電路"與"陣列"或"陣列輸出電路......8.3可編程邏輯器件第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日PLD中常用邏輯符號(hào)的含義多個(gè)輸入端“與”門只用一根輸入線表示，稱乘積線。輸入變量A、B、C的輸入線和乘積線的交點(diǎn)有三種情況：(1)黑點(diǎn)“?”表示該點(diǎn)為固定連接點(diǎn)，用戶不能改變。(2)叉點(diǎn)“”表示該點(diǎn)為用戶定義編程點(diǎn)，出廠時(shí)此點(diǎn)是接通的,用戶可根據(jù)需要斷開或保持接通。(3)既無黑點(diǎn)“?”也無叉點(diǎn)“”時(shí)，表示該點(diǎn)是斷開的或編程時(shí)擦除的。ABC&YY=AC(a)ACB≥1Y(b)Y=A+B1Y(c)Y1=AY2=AAY1Y2第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日8.3.1可編程只讀存儲(chǔ)器1.一次編程性只讀存儲(chǔ)器（PROM）廠家制造PROM時(shí)，使存儲(chǔ)矩陣（“或”陣列）的所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容全為“1”（或“0”），用戶可根據(jù)自己的需要自行確定存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。熔斷絲位線字線存儲(chǔ)“1”存儲(chǔ)“0”第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日A211A11A0&&&&&&&&≥1D2D1≥1D0≥1"或"陣列"與"陣列WOW1W2W3W4W5W6W7固定“與”陣列可編程“或”陣列第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日例試用PROM產(chǎn)生一組邏輯函數(shù)。解：(1)由于PROM的地址譯碼器是固定的最小項(xiàng)“與”陣列，所以需將Y0~Y2各式化為最小項(xiàng)形式。第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日固定“與”陣列A11B1C1DY0Y1Y2m2m3m6m7m10m12m13m14可編程“或”陣列(3)由Y0~

Y2最小項(xiàng)畫出PROM的編程陣列圖第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.可改寫型只讀存儲(chǔ)器(EPROM）

PROM只能一次編程，而EPROM則可多次擦去并重新寫入新內(nèi)容。擦除方法：在EPROM器件外殼上有透明的石英窗口，用紫外線（或X射線）照射，即可完成擦除操作。