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1、第第1414章章存储器与可编程逻辑器件存储器与可编程逻辑器件一、根本要求一、根本要求1 了解 ROM、RAM 半导体存储器以及 ROM 与阵列，或阵列的结构；2 了解常用 PLD 器件的逻辑功能和应用特点，了解它们的组成特点，分析方法和逻辑设计方法；3 了解 GAL 等常用可编程逻辑器件的结构及编程方法。二、阅读指导二、阅读指导半导体存储器按存储功能分，可分为只读存储器ROM(Read Only Memory)和随机存取存储器 RAM(Random Access Memory)两类；按构成元件分，有双极型存储器和MOS 型存储器等等，如图 14.1 所示。双极型存储器速度快，但功耗大；MOS
2、型存储器速度较慢，但功耗小，集成度高。图 14.1半导体存储器的指标很多，如可靠性、集成度、功耗、电源种类等。从使用角度来看，存储器最重要的性能指标是存储芯片的容量和存取速度。存储容量指每个存储器芯片所能存储的二进制数的位数。即存储芯片的容量芯片的地址单元数数据线位数。存储器的存取速度是指从 CPU 给出有效的存储地址到存储器给出有效数据所需的时间。存取时间越短，那么速度越快。一般为几纳秒几百纳秒(ns)。1、只读存储器只读存储器 ROM 存储的信息是固定不变的。工作时只能读出信息，不能随时写入信息。它主要存储矩阵、地址译码器、控制逻辑、三态数据缓冲器四局部组成。组成 ROM 存储单元的元件可
3、以是电阻、半导体二极管、三极管和MOS 管等。图 14.2所示的存储阵列具有 4 条字线和 4 条位线，表示能存储 4 个字，每个字有 4 位。字线和位线的相交处称为存储单元，该处假设有MOS 管那么存储内容为 0，否那么为 1。地址线 A1，A0通过译码对4个字线进行选择，图中各个字的地址及其内容如表14.l所示。当片选信号CS为低电平时，选中字的内容经三态缓冲器由数据线D3D0输出。由于各存储单元的内容由MOS 管的分布决定，因而 ROM 一旦由厂家制造好后，其存储内容就不能改变，故又称固定 ROM。图 14.2从图 14.2 中可知，每个输入地址对应着地址代码的一个最小项(称最小项译码)
4、，并使相应的一条字线为 1。而每一条位线的状态是假设干字线输出的逻辑或。为了简化作图，常用与一或逻辑阵列来表示ROM 的结构。与阵列表示译码矩阵，或阵列表示存储矩阵。假设存储单元内存放有信息 1，那么在对应的字线和位线交叉点上画一个圆点。这种图形也称为ROM 阵列逻辑图。图 14.2 所示 ROM 电路的简化存储矩阵阵列图如图14.3 所示。表 14.1图 14.32、可编程只读存储器1)一次编程型只读存储器(PROM)PROM 是一种存储内容可以由用户写入的只读存储器。它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成；而可编程或阵列由与门的输出线和或门的输入线组成，其交叉点处制造厂家用熔断丝连接，如图
5、14.4 所示。用户可根据要求用编程器将阵列中的某些熔丝烧断，以实现一定的逻辑关系，一旦编好程序，就不能再更改了。PROM 主要用来存储固定的程序、数据和表格等。2)可改写型只读存储器(EPROM)EPROM 可屡次擦去并重新写入新内容。在EPROM 器件外壳上有透明的石英窗口，用紫外线照射，即可完成擦除操作。3)电可改型只读存储器(E2PROM)E2PROM 是一种能用电压信号快速擦除的EPROM，使用灵活、方便。图 14.43、随机存取存储器随机存取存储器(RAM)也称为读写存储器。它可随时从任何一个指定地址的存储单元中读出数据，也可随时将数据写入任何一个指定地址的单元中，读写方便，使用灵
6、活。但一旦电源中断，所存的信息就会随之消失，不利于数据的长期保存。RAM 的结构框图如图 14.5 所示，与 ROM 相似，所不同的是 RAM 多了一个读写控制信号(RW)，并且数据线为双向的。图 14.5一片 RAM 芯片所能存储的信息量是有限的，可用多片RAM 组成大容量存储器。访问存储器时，通过片选线进行控制。使用时，只有片选信号CS0 的一片 RAM 工作，其余各片 CS1 时，不工作。RAM 也有双极性和 MOS 型两类。在 MOS 型 RAM 中，按其工作模式又分为动态RAM和静态 RAM 两种。4、可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PLD)是一种可以由用户编程执行一定逻辑功能的大规模
7、集成电路，根本结构如图 14.6(a)所示。与阵列对输入项进行与运算，其输出在或阵列中进行或运算。图14.6(b)，(c)表示了与、或阵列的习惯画法。图中，“表示固定连接；表示可编程连接；无点也无叉那么表示不连接。用户通过编程器对与阵列和或阵列进行编程，可以实现各种逻辑功能。图 14.6(d)表示两种缓冲器，F1A为反相缓冲器，F2A 为同相缓冲器。根据与阵列和或阵列是否能够编程以及输出功能的不同，PLD 大致可分为 4 种类型。图 14.61)可编程只读存储器PROM 由固定的与阵列和可编程的或阵列组成，如图14.7 所示。图 14.72)通用阵列逻辑GALGAL 结构与 PAL根本一样，只
8、是在每个输出端增加了一个可编程的输出逻辑宏单元，其输出状态可以由用户定义。GAL 速度快、功耗低、集成度高，具有电可擦除实现屡次编程的功能，使用灵活方便，是各种PLD 中最为流行的一种。三、例题解析三、例题解析现有 3 个变量 A，B，C，试用 84 位 ROM 实现以下逻辑函数：与、或非、异或、与或非。解：首先写出 3 变量与、或非、异或、与或非的4 个逻辑函数，并分别用 F3，F2，F1，F0表示，即F3=ABCF2=A BCF1=ABCF0=AB AC BC然后，用两种方法可方便地画出用84 位 ROM 实现 Fl，F1，F，Fo 的阵列图。方法 1：写出 F3，F2，F1，F0的最小项表达式F3=m7F2=m0F1=m1+m2+m4+m7F0=m0+m1+m2+m4方法 2：列出 F3，F2，F1，F0函数的真值表，如表 14.2 所示。最后，根据选用 234 位 ROM 画出实现 F3，F2，F1和 F0的 ROM 阵列图，如图 14.8所示。表 14.2图 14.8