存儲器與可編程邏輯器件

第14章 存儲器與可編程邏輯器件一、基本要求了解ROM、RAM半導體存儲器以及ROM與陣列，或陣列的結構；了解常用PLD器件的邏輯功能和應用特點，了解它們的組成特點，分析方法和邏輯設計方法；了解GAL等常用可編程邏輯器件的結構及編程方法。二、閱讀指導半導體存儲器按存儲功能分，可分為只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)和隨機存取存儲器RAM(RandomAccessMemory)兩類；按構成元件分，有雙極型存儲器和MOS型存儲器等等，如圖14.1所示。雙極型存儲器速度快，但功耗大；MOS型存儲器速度較慢，但功耗小，集成度高。存儲器最重要的性能指標是存儲芯片的容量和存取速度。存儲容量指每個存儲器芯片所能存儲的二進制數的位數。即存儲芯片的容量=芯片的地址單元數X數據線位數。存儲器的存取速度是指從CPU給出有效的存儲地址到存儲器給出有效數據所需的時間。存取時間越短，貝9速度越快。一般為幾納秒?幾百納秒(ns)。1、只讀存儲器只讀存儲器ROM存儲的信息是固定不變的。工作時只能讀出信息，不能隨時寫入信息。它主要存儲矩陣、地址譯碼器、控制邏輯、三態(tài)數據緩沖器四部分組成。組成ROM存儲單元的元件可以是電阻、半導體二極管、三極管和MOS管等。圖14.2所示的存儲陣列具有4條字線和4條位線，表示能存儲4個字，每個字有4位。字線和位線的相交處稱為存儲單元，該處若有MOS管則存儲內容為0否則為1。地址線A”A0通過譯碼對4個字線進行選擇，圖中各個字的地址及其內容如表14.1所示。當片選信號CS為低電平時，選中字的內容經三態(tài)緩沖器由數據線D3?D0輸出。由于各存儲單元的內容由MOS管的分布決定，因而ROM一旦由廠家制造好后，其存儲內容就不能改變，故又稱固定ROM。

地址線肌M肥恥2/4地址線肌M肥恥2/4地址譯碼器可埠耳片、負;負載管/字線III、位線cs c 輸出緩沖器(片選)I’ |Id,\d2iD、IDo數據輸出圖14.2圖8.3從圖14.2中可知，每個輸入地址對應著地址代碼的一個最小項(稱最小項譯碼)，并使相應的一條字線為1。而每一條位線的狀態(tài)是若干字線輸出的邏輯或。為了簡化作圖，常用與一或邏輯陣列來表示ROM的結構。與陣列表示譯碼矩陣，或陣列表示存儲矩陣。若存儲單元內存放有信息1，則在對應的字線和位線交叉點上畫一個圓點。這種圖形也稱為ROM陣列邏輯圖。圖14.2所示ROM電路的簡化存儲矩陣陣列圖如圖14.3所示。地址字線位線AiAo地址字線位線AiAoW￡)3DtD】Do00011001眄1010100011111001表14.1圖14.32、可編程只讀存儲器1)一次編程型只讀存儲器(PROM)PROM是一種存儲內容可以由用戶寫入的只讀存儲器。它由固定的與陣列和可編程的或陣列組成；而可編程或陣列由與門的輸出線和或門的輸入線組成，其交叉點處制造廠家用熔斷絲連接，如圖14.4所示。用戶可根據要求用編程器將陣列中的某些熔絲燒斷，以實現一定的邏輯關系，一旦編好程序，就不能再更改了。PROM主要用來存儲固定的程序、數據和表格等。2)可改寫型只讀存儲器(EPROM)圖8.5EPROM可多次擦去并重新寫入新內容。在EPROM器件

外殼上有透明的石英窗口，用紫外線照射，即可完成擦除操作。圖8.53)電可改型只讀存儲器(E2PROM)E2PR0M是一種能用電壓信號快速擦除的EPROM，使用 靈活、方便。圖14.43、隨機存取存儲器隨機存取存儲器(RAM)也稱為讀寫存儲器。它可隨時從任何一個指定地址的存儲單元中讀出數據，也可隨時將數據寫入任何一個指定地址的單元中，讀／寫方便，使用靈活。但一旦電源中斷，所存的信息就會隨之消失，不利于數據的長期保存。RAM的結構框圖如圖14.5所示，與ROM相似，所不同的是RAM多了一個讀/寫控制信號(R/W)，并且數據線為雙向的。存儲矩陣地址譯碼器存儲矩陣地址譯碼器圖14.5圖o.6一片RAM芯片所能存儲的信息量是有限的，可用多片RAM組成大容量存儲器。訪問存儲器時，通過片選線進行控制。使用時，只有片選信號CS=O的一片RAM工作，其余各片CS=1時，不工作。RAM也有雙極性和MOS型兩類。在MOS型RAM中，按其工作模式又分為動態(tài)RAM和靜態(tài)RAM兩種。4、可編程邏輯器件可編程邏輯器件(PLD)是一種可以由用戶編程執(zhí)行一定邏輯功能的大規(guī)模集成電路，基本結構如圖14.6(a)所示。與陣列對輸入項進行與運算，其輸出在或陣列中進行或運算。圖14.6(b)，(c)表示了與、或陣列的習慣畫法。圖中，“.”表示固定連接；'X'表示可編程連接；無點也無叉則表示不連接。用戶通過編程器對與陣列和或陣列進行編程，可以實現各種邏輯功能。圖14.6(d)表示兩種緩沖器，片=A為反相緩沖器，F2=A為同相緩沖器。根據與陣列和或陣列是否能夠編程以及輸出功能的不同，PLD大致可分為4種類型。

圖14.61)可編程只讀存儲器PROM由固定的與陣列和可編程的或陣列組成，如圖14.7所示。D2DiDo1111D2DiDo1111、LJLJ廠()IJ()(i()()\\(I]()::()()();;( 胡():;()?*()〔)(?■〉與陣列()C)()￡~")()、-:;K 1>1>1或陣列DDo圖14.7(2)通用陣列邏輯——GALGAL結構與PAL基本一樣，只是在每個輸出端增加了一個可編程的輸出邏輯宏單元，其輸出狀態(tài)可以由用戶定義。GAL速度快、功耗低、集成度高，具有電可擦除實現多次編程的功能，使用靈活方便，是各種PLD中最為流行的一種。三、例題解析例14?1現有3個變量A，B，C,試用8X4位ROM實現下列邏輯函數：與、或非、異或、與或非。

解：首先寫出3變量與、或非、異或、與或非的4個邏輯函數，并分別用F3,F2,片,F0表示，即F3=A?B?C F2=A+B+C F]=A十B十C F0=AB+AC+BC然后，用兩種方法可方便地畫出用8X4位ROM實現Fl,F1,F,,Fo的陣列圖。方法1：寫出f3,f2,F1，F0的最小項表達式F3=m7 F2=m0 F1=m1+m2+m4+m7 F0=m0+m1+m2+m4方法2：列出F3，F2，F1，F0函數的真值