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1、大规模集成电路演示文稿大规模集成电路演示文稿9.1只读存储器（只读存储器（ROM）ROMROM存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于存放固定不变的程序
2、和数据。存放固定不变的程序和数据。存放固定不变的程序和数据。存放固定不变的程序和数据。结构简单结构简单结构简单结构简单位密度高位密度高位密度高位密度高非易失性非易失性非易失性非易失性可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高特特特特点点点点1.1.掩膜型掩膜型掩膜型掩膜型ROMROM2.2.可编程可编程可编程可编程ROMROM3.3.可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程ROMROM4.4.电可擦除可编程电可擦除可编程电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM分类分类分类分类SPLDSPLD采用的逻辑符号采用的逻辑符号采用的逻辑符号采用的逻辑符号与门的三种简化表示法与门的三种简化表示法与门的三种
3、简化表示法与门的三种简化表示法阵列图阵列图阵列图阵列图9.2.1用用PROM实现组合逻辑电路实现组合逻辑电路例例例例9.2.29.2.2 试用适当容量的试用适当容量的试用适当容量的试用适当容量的PROMPROM实现四位二进制码实现四位二进制码实现四位二进制码实现四位二进制码到到到到GrayGray码的变换器（实现组合逻辑电路）。码的变换器（实现组合逻辑电路）。码的变换器（实现组合逻辑电路）。码的变换器（实现组合逻辑电路）。用用用用PROMPROM实现组合逻辑函数的主要实现组合逻辑函数的主要实现组合逻辑函数的主要实现组合逻辑函数的主要不足之处是芯片面积的利用率不高，不足之处是芯片面积的利用率不高
4、，不足之处是芯片面积的利用率不高，不足之处是芯片面积的利用率不高，其原因是其原因是其原因是其原因是PROMPROM的与阵列是全译码的与阵列是全译码的与阵列是全译码的与阵列是全译码器，它产生了全部最小项。事实上，器，它产生了全部最小项。事实上，器，它产生了全部最小项。事实上，器，它产生了全部最小项。事实上，大多数组合函数并不需要所有的最大多数组合函数并不需要所有的最大多数组合函数并不需要所有的最大多数组合函数并不需要所有的最小项。为提高芯片面积利用率，又小项。为提高芯片面积利用率，又小项。为提高芯片面积利用率，又小项。为提高芯片面积利用率，又开发了一种与阵列也可编程的开发了一种与阵列也可编程的开
5、发了一种与阵列也可编程的开发了一种与阵列也可编程的PLD-PLAPLD-PLA。9.2.2可编程逻辑阵列器件可编程逻辑阵列器件1.PLA的结构的结构典型的典型的典型的典型的PLAPLA阵列图（阵列图（阵列图（阵列图（6363）9.2.2可编程逻辑阵列器件可编程逻辑阵列器件 2.用用PLA实现组合逻辑电路实现组合逻辑电路 任何组合函数均可采用组合型任何组合函数均可采用组合型任何组合函数均可采用组合型任何组合函数均可采用组合型PLAPLA实现。为实现。为实现。为实现。为减小减小减小减小PLAPLA的容量，需对表达式进行逻辑化简。的容量，需对表达式进行逻辑化简。的容量，需对表达式进行逻辑化简。的容量
6、，需对表达式进行逻辑化简。例例例例9.2.39.2.3 试用试用试用试用PLAPLA实现实现实现实现例例例例9-29-2要求的四位二进要求的四位二进要求的四位二进要求的四位二进制码到制码到制码到制码到GrayGray码的变换码的变换码的变换码的变换器。器。器。器。（1 1）为尽可能的减小）为尽可能的减小）为尽可能的减小）为尽可能的减小PLAPLA的容量，应先化简多的容量，应先化简多的容量，应先化简多的容量，应先化简多输出函数，并获得最简表输出函数，并获得最简表输出函数，并获得最简表输出函数，并获得最简表达式达式达式达式.（2 2）选择）选择）选择）选择PLAPLA芯片实现芯片实现芯片实现芯片实
7、现变换器。变换器。变换器。变换器。9.2.3可编程阵列逻辑器件可编程阵列逻辑器件（PAL）PALPAL与其他与其他与其他与其他PLDPLD器件一样包含一器件一样包含一器件一样包含一器件一样包含一个与阵列和一个或阵列，主要特个与阵列和一个或阵列，主要特个与阵列和一个或阵列，主要特个与阵列和一个或阵列，主要特征是与阵列可编程，而或阵列固征是与阵列可编程，而或阵列固征是与阵列可编程，而或阵列固征是与阵列可编程，而或阵列固定不变。定不变。定不变。定不变。PALPAL器件制造工艺有器件制造工艺有器件制造工艺有器件制造工艺有TTLTTL、CMOSCMOS和和和和ECLECL三种。三种。三种。三种。TTL
8、PALTTL PAL速度高，速度高，速度高，速度高，在这三者中使用较广在这三者中使用较广在这三者中使用较广在这三者中使用较广;CMOS PAL;CMOS PAL功耗低功耗低功耗低功耗低;ECL PAL;ECL PAL速度特别高，能速度特别高，能速度特别高，能速度特别高，能满足特殊需要。满足特殊需要。满足特殊需要。满足特殊需要。9.2.4通用阵列逻辑器件（通用阵列逻辑器件（GAL）作为可编程器件的作为可编程器件的作为可编程器件的作为可编程器件的GALGAL，它在基本阵列结构上沿，它在基本阵列结构上沿，它在基本阵列结构上沿，它在基本阵列结构上沿袭了袭了袭了袭了PALPAL的与、或结构，由可编程与阵
9、列驱动可的与、或结构，由可编程与阵列驱动可的与、或结构，由可编程与阵列驱动可的与、或结构，由可编程与阵列驱动可编程或阵列。与编程或阵列。与编程或阵列。与编程或阵列。与PALPAL相比，相比，相比，相比，GALGAL的输出部分配置的输出部分配置的输出部分配置的输出部分配置了输出逻辑宏单元了输出逻辑宏单元了输出逻辑宏单元了输出逻辑宏单元OLMCOLMC（Output Logic Macro Output Logic Macro CellCell），对），对），对），对OLMCOLMC进行组态，得到不同的输出结进行组态，得到不同的输出结进行组态，得到不同的输出结进行组态，得到不同的输出结构，使得这类
10、器件比输出部分相对固定的构，使得这类器件比输出部分相对固定的构，使得这类器件比输出部分相对固定的构，使得这类器件比输出部分相对固定的PALPAL芯芯芯芯片更为灵活。片更为灵活。片更为灵活。片更为灵活。GALGAL的的的的OLMCOLMC，可由设计者组态为，可由设计者组态为，可由设计者组态为，可由设计者组态为五种结构五种结构五种结构五种结构:专用组合输出、专用输入、组合专用组合输出、专用输入、组合专用组合输出、专用输入、组合专用组合输出、专用输入、组合I.OI.O、寄存器时序输出和寄存器寄存器时序输出和寄存器寄存器时序输出和寄存器寄存器时序输出和寄存器I.OI.O。因此，同一。因此，同一。因此，
11、同一。因此，同一GALGAL芯芯芯芯片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑电路，为逻辑设计提供了方便。电路，为逻辑设计提供了方便。电路，为逻辑设计提供了方便。电路，为逻辑设计提供了方便。9.3随机存储器（随机存储器（RAM）9.3.1 静态随机存储器静态随机存储器SRAM的结构的结构 静态随机存储器静态随机存储器静态随机存储器静态随机存储器SRAMSRAM主要由存储体和外主要由存储体和外主要由存储体和外主要由存储体和外围电路构成。围电路构成。围电路构成。围电路构成。
12、静态静态静态静态RAMRAM的基本结构框图的基本结构框图的基本结构框图的基本结构框图9.3.1静态随机存储器静态随机存储器SRAM的结构的结构1.存储体存储体 一个基本存储电路能存储一个基本存储电路能存储一个基本存储电路能存储一个基本存储电路能存储1 1位二进制数，而位二进制数，而位二进制数，而位二进制数，而一个一个一个一个8 8位的二进制数则需位的二进制数则需位的二进制数则需位的二进制数则需8 8个基本电路。一个容量个基本电路。一个容量个基本电路。一个容量个基本电路。一个容量为为为为MNMN（如（如（如（如64K8bit64K8bit）的存储器则包含）的存储器则包含）的存储器则包含）的存储器
13、则包含MNMN个基个基个基个基本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要由由由由R-SR-S触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容为为为为“0”0”或为或为或为或为“1”1”。9.3.1静态随
14、机存储器静态随机存储器SRAM的结构的结构 2.外围电路外围电路 外围电路通常包外围电路通常包外围电路通常包外围电路通常包括括括括:（1 1）地址译码器）地址译码器）地址译码器）地址译码器 （2 2）I.OI.O缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器9.3.2RAM的工作原理的工作原理1.静态静态MOS RAM存储单元电路存储单元电路存储器存储信息，其存储器存储信息，其存储器存储信息，其存储器存储信息，其实质是存放一位二进制实质是存放一位二进制实质是存放一位二进制实质是存放一位二进制码，每一位二进制码只码，每一位二进制码只码，每一位二进制码只码，每一位二进制码只有两个状态有两个状态有两个状态有两个状态:“0
15、”:“0”和和和和“1”1”。任何有两个状态的器件任何有两个状态的器件任何有两个状态的器件任何有两个状态的器件都可作为存放二进制码都可作为存放二进制码都可作为存放二进制码都可作为存放二进制码的基本存储单元。静态的基本存储单元。静态的基本存储单元。静态的基本存储单元。静态存储器采用双稳态电路存储器采用双稳态电路存储器采用双稳态电路存储器采用双稳态电路来作为存放一位二进制来作为存放一位二进制来作为存放一位二进制来作为存放一位二进制码的基本存储电路。码的基本存储电路。码的基本存储电路。码的基本存储电路。静态存储电路静态存储电路静态存储电路静态存储电路9.3.2RAM的工作原理的工作原理1.静态静态M
16、OS RAM存储单元电路存储单元电路 工作原理工作原理工作原理工作原理（1 1）写操作）写操作）写操作）写操作（2 2）保存信息）保存信息）保存信息）保存信息（3 3）读出操作）读出操作）读出操作）读出操作9.3.2RAM的工作原理的工作原理2.动态动态MOS RAM存储器单元存储器单元 动态动态动态动态RAMRAM利用利用利用利用MOSMOS管的栅极电容存储电荷管的栅极电容存储电荷管的栅极电容存储电荷管的栅极电容存储电荷的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏
17、、补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储器（器（器（器（DRAMDRAM）。由于电容有泄漏，必须不断地补）。由于电容有泄漏，必须不断地补）。由于电容有泄漏，必须不断地补）。由于电容有泄漏，必须不断地补充电荷，这种补充电荷的过程即为动态充电荷，这种补充电荷的过程即为动态充电荷，这种补充电荷的过程即为动态充电荷，这种补充电荷的过程即为动态RAMRAM的刷的刷的刷的刷新。一般动态存储器要求新。一般动态存储器要求新。一般动态存储器要求新。一般动态存储器要求2ms2ms之内刷
18、新一次。之内刷新一次。之内刷新一次。之内刷新一次。9.3.2RAM的工作原理的工作原理2.动态动态MOS RAM存储器单元存储器单元（1 1）四管动态基本存储电路）四管动态基本存储电路）四管动态基本存储电路）四管动态基本存储电路 写入操作写入操作写入操作写入操作 保存信息保存信息保存信息保存信息 读出操作读出操作读出操作读出操作9.3.2RAM的工作原理的工作原理2.动态动态MOS RAM存储器单元存储器单元（2）三管动态基本存储电路）三管动态基本存储电路 写入操作写入操作写入操作写入操作 读出操作读出操作读出操作读出操作 刷新刷新9.3.2RAM的工作原理的工作原理2.动态动态MOS RAM
19、存储器单元存储器单元（3）单管动态基本存储电路）单管动态基本存储电路 写入操作写入操作写入操作写入操作 读出操作读出操作读出操作读出操作 刷新刷新9.3.3RAM存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法1.静态静态RAM集成芯片简介集成芯片简介在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址进行译码来选择要访问的存储单元。进行译码来选择要访问的存储单元。进行译码来选择要访问的存储单元。进行译码来选择要访问的存储单元。（1 1）单译码方式）单译码方式）单译码方式）单译码方式在单译码
20、方式中，将在单译码方式中，将在单译码方式中，将在单译码方式中，将每个字的所有位排成一每个字的所有位排成一每个字的所有位排成一每个字的所有位排成一行，只有行方向的译码行，只有行方向的译码行，只有行方向的译码行，只有行方向的译码器，译码输出的每条字器，译码输出的每条字器，译码输出的每条字器，译码输出的每条字选择线选择某个字的所选择线选择某个字的所选择线选择某个字的所选择线选择某个字的所有位有位有位有位单译码结构存储器单译码结构存储器单译码结构存储器单译码结构存储器9.3.3RAM存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法（2 2）双译码方式）双译码方式）双译码方式）双译码方式双译码方式中，双译码方式中，
21、双译码方式中，双译码方式中，地址译码分成两地址译码分成两地址译码分成两地址译码分成两部分部分部分部分:行译码（行译码（行译码（行译码（X X译码）和列译码译码）和列译码译码）和列译码译码）和列译码（Y Y译码）。译码）。译码）。译码）。1.静态静态RAM集成芯片简介集成芯片简介双译码结构存储器双译码结构存储器双译码结构存储器双译码结构存储器9.3.3RAM存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法2.Intel2114型静态型静态RAM介绍介绍Intel2114Intel2114是是是是1K41K4的静态的静态的静态的静态RAMRAM芯片，芯片，芯片，芯片，1818引脚双列直插式引脚双列直插式引脚双
22、列直插式引脚双列直插式封装。用封装。用封装。用封装。用Intel2114Intel2114芯片构成芯片构成芯片构成芯片构成4K84K8的的的的RAMRAM。Intel2114Intel2114引脚逻辑图引脚逻辑图引脚逻辑图引脚逻辑图9.3.3RAM存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法 3.RAM存储容量的扩展存储容量的扩展（1 1）位数扩展）位数扩展）位数扩展）位数扩展（2 2）字数扩展）字数扩展）字数扩展）字数扩展（3 3）字位扩展方式）字位扩展方式）字位扩展方式）字位扩展方式本章小结本章小结 1.1.存储器存储器存储器存储器ROMROM中存储的数据是非易失的。它具有结构简单、中存储的数据是
23、非易失的。它具有结构简单、中存储的数据是非易失的。它具有结构简单、中存储的数据是非易失的。它具有结构简单、位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM和和和和E2 PROME2 PROM等类型。等类型。等类型。等类型。2.2.可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLDPLD是在是在是在是在2020世纪世纪世纪世纪7070年代发展起来的，用年代发展起来的，用年代发展起来的
24、，用年代发展起来的，用户可以在设计开发软件或编辑器的辅助下对户可以在设计开发软件或编辑器的辅助下对户可以在设计开发软件或编辑器的辅助下对户可以在设计开发软件或编辑器的辅助下对PLDPLD进行编程，进行编程，进行编程，进行编程，使之实现所需的组合或时序逻辑功能。它采用阵列结构使之实现所需的组合或时序逻辑功能。它采用阵列结构使之实现所需的组合或时序逻辑功能。它采用阵列结构使之实现所需的组合或时序逻辑功能。它采用阵列结构（SPLDSPLD）组成与阵列和或阵列，根据电路和功能的不同，）组成与阵列和或阵列，根据电路和功能的不同，）组成与阵列和或阵列，根据电路和功能的不同，）组成与阵列和或阵列，根据电路和
25、功能的不同，SPLDSPLD可以分为四大类型可以分为四大类型可以分为四大类型可以分为四大类型:PROM:PROM、PLAPLA、PALPAL和和和和GALGAL。3.3.随机存储器随机存储器随机存储器随机存储器RAMRAM中的数据是易失的，即数据可以随时写中的数据是易失的，即数据可以随时写中的数据是易失的，即数据可以随时写中的数据是易失的，即数据可以随时写入和读出，当断电后入和读出，当断电后入和读出，当断电后入和读出，当断电后RAMRAM中的数据将全部丢失。中的数据将全部丢失。中的数据将全部丢失。中的数据将全部丢失。RAMRAM可可可可分为静态分为静态分为静态分为静态RAMRAM和动态和动态和动态和动态RAMRAM两种，它们的电路逻辑结构有两种，它们的电路逻辑结构有两种，它们的电路逻辑结构有两种，它们的电路逻辑结构有一些差别，这导致它们在工作方式上也有一些不同。一些差别，这导致它们在工作方式上也有一些不同。一些差别，这导致它们在工作方式上也有一些不同。一些差别，这导致它们在工作方式上也有一些不同。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！30