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1、第14章 存储器与与可编程程逻辑器器件一、基本本要求1 了解ROOM、RRAM半半导体存存储器以以及ROOM与阵阵列，或或阵列的的结构；2 了解常用用PLDD器件的的逻辑功功能和应应用特点点，了解解它们的的组成特特点，分分析方法法和逻辑辑设计方方法；3 了解GAAL等常常用可编编程逻辑辑器件的的结构及及编程方方法。二、阅读读指导半导体存存储器按按存储功功能分，可可分为只只读存储储器ROOM(RReadd Onnly Memmoryy)和随随机存取取存储器器RAMM(Raandoom AAcceess Memmoryy)两类类；按构构成元件件分，有有双极型型存储器器和MOOS型存存储器等等等，如
2、如图144.1所示示。双极极型存储储器速度度快，但但功耗大大；MOOS型存存储器速速度较慢慢，但功功耗小，集集成度高高。图14.1半导体存存储器的的指标很很多，如如可靠性性、集成成度、功功耗、电电源种类类等。从从使用角角度来看看，存储储器最重重要的性性能指标标是存储储芯片的的容量和和存取速速度。存储容量量指每个个存储器器芯片所所能存储储的二进进制数的的位数。即即存储芯芯片的容容量芯芯片的地地址单元元数数据线线位数。存储器的的存取速速度是指指从CPPU给出出有效的的存储地地址到存存储器给给出有效效数据所所需的时时间。存存取时间间越短，则则速度越越快。一一般为几几纳秒几百纳纳秒(nns)。1、只读
3、读存储器器只读存储储器ROOM存储储的信息息是固定定不变的的。工作作时只能能读出信信息，不不能随时时写入信信息。它主要存存储矩阵阵、地址址译码器器、控制制逻辑、三三态数据据缓冲器器四部分分组成。组成ROOM存储储单元的的元件可可以是电电阻、半半导体二二极管、三三极管和和MOSS管等。图图14.2所示示的存储储阵列具具有4条条字线和和4条位位线，表表示能存存储4个个字，每每个字有有4位。字字线和位位线的相相交处称称为存储储单元，该该处若有有MOSS管则存存储内容容为0，否否则为11。地址址线A11，A0通过译译码对44个字线线进行选选择，图图中各个个字的地地址及其其内容如如表144.l所示示。当
4、片片选信号号为低电电平时，选选中字的的内容经经三态缓缓冲器由由数据线线D3D0输出。由由于各存存储单元元的内容容由MOOS管的的分布决决定，因因而ROOM一旦旦由厂家家制造好好后，其其存储内内容就不不能改变变，故又又称固定定ROMM。 图图14.2从图144.2中可可知，每每个输入入地址对对应着地地址代码码的一个个最小项项(称最最小项译译码)，并并使相应应的一条条字线为为1。而而每一条条位线的的状态是是若干字字线输出出的逻辑辑或。为为了简化化作图，常常用与一一或逻辑辑阵列来来表示RROM的的结构。与与阵列表表示译码码矩阵，或或阵列表表示存储储矩阵。若若存储单单元内存存放有信信息1，则则在对应应
5、的字线线和位线线交叉点点上画一一个圆点点。这种种图形也也称为RROM阵阵列逻辑辑图。图图14.2所示示ROMM电路的的简化存存储矩阵阵阵列图图如图114.3所示示。表14.1图14.32、可编编程只读读存储器器1)一次次编程型型只读存存储器(PROOM)PROMM是一种种存储内内容可以以由用户户写入的的只读存存储器。它它由固定定的与阵阵列和可可编程的的或阵列列组成；而可编编程或阵阵列由与与门的输输出线和和或门的的输入线线组成，其其交叉点点处制造造厂家用用熔断丝丝连接，如如图144.4所示示。用户户可根据据要求用用编程器器将阵列列中的某某些熔丝丝烧断，以以实现一一定的逻逻辑关系系，一旦旦编好程程
6、序，就就不能再再更改了了。PRROM主主要用来来存储固固定的程程序、数数据和表表格等。2)可改改写型只只读存储储器(EEPROOM)EPROOM可多多次擦去去并重新新写入新新内容。在在EPRROM器器件外壳壳上有透透明的石石英窗口口，用紫紫外线照照射，即即可完成成擦除操操作。3)电可可改型只只读存储储器(EE2PROOM)E2PRROM是是一种能能用电压压信号快快速擦除除的EPPROMM，使用用 灵灵活、方方便。 图144.43、随机机存取存存储器随机存取取存储器器(RAAM)也也称为读读写存储储器。它它可随时时从任何何一个指指定地址址的存储储单元中中读出数数据，也也可随时时将数据据写入任任何
7、一个个指定地地址的单单元中，读读写方方便，使使用灵活活。但一一旦电源源中断，所所存的信信息就会会随之消消失，不不利于数数据的长长期保存存。RAM的的结构框框图如图图14.5所示示，与RROM相相似，所所不同的的是RAAM多了了一个读读写控控制信号号(RW)，并并且数据据线为双双向的。图14.5一片RAAM芯片片所能存存储的信信息量是是有限的的，可用用多片RRAM组组成大容容量存储储器。访访问存储储器时，通通过片选选线进行行控制。使使用时，只只有片选选信号CCS00的一片片RAMM工作，其其余各片片CS1时，不不工作。RAM也也有双极极性和MMOS型型两类。在在MOSS型RAAM中，按按其工作作
8、模式又又分为动动态RAAM和静静态RAAM两种种。4、可编编程逻辑辑器件可编程逻逻辑器件件(PLLD)是是一种可可以由用用户编程程执行一一定逻辑辑功能的的大规模模集成电电路，基基本结构构如图114.6 (a)所所示。与与阵列对对输入项项进行与与运算，其其输出在在或阵列列中进行行或运算算。图114.6 (b)，(c)表表示了与与、或阵阵列的习习惯画法法。图中中，“”表示固固定连接接；表示示可编程程连接；无点也也无叉则则表示不不连接。用用户通过过编程器器对与阵阵列和或或阵列进进行编程程，可以以实现各各种逻辑辑功能。图图14.6 (d)表表示两种种缓冲器器，F11为反相相缓冲器器，F22A为为同相缓
9、缓冲器。根据与阵阵列和或或阵列是是否能够够编程以以及输出出功能的的不同，PPLD大大致可分分为4种种类型。图14.61)可编编程只读读存储器器PROMM由固定定的与阵阵列和可可编程的的或阵列列组成，如如图144.7所示示。图14.7（2)通通用阵列列逻辑GAALGAL结结构与PPAL基基本一样样，只是是在每个个输出端端增加了了一个可可编程的的输出逻逻辑宏单单元，其其输出状状态可以以由用户户定义。GGAL速速度快、功功耗低、集集成度高高，具有有电可擦擦除实现现多次编编程的功功能，使使用灵活活方便，是是各种PPLD中中最为流流行的一一种。三、例题题解析例14.1现有有3个变变量A，B，C，试用84
10、位ROM实现下列逻辑函数：与、或非、异或、与或非。解：首先先写出33变量与与、或非非、异或或、与或或非的44个逻辑辑函数，并并分别用用F3，F2，F1，F0表示，即即F3=AABC FF2= F11=ABC FF0=然后，用用两种方方法可方方便地画画出用884位RROM实实现Fll，F11，F，FFo的阵阵列图。方法1：写出FF3，F2，F1，F0的最小小项表达达式F3=mm7 F22= mm0 F11= mm1+ mm2+ mm4+ mm7F0= mm0+ mm1+ mm2+ mm4方法2：列出FF3，F2，F1，F0函数的的真值表表，如表表14.2所示示。最后，根根据选用用234位RROM画画出实现现F3，F2，F1和F0的ROOM阵列列图，如如图144.8所示。表14.2 图图14.8