精品课件-数字电子技术及应用-第7章
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第七章 存储器与可编程逻辑器件 第七章 存储器与可编程逻辑器件
7.1 只读存储器(ROM) 7.2 随机存取存储器(RAM) 7.3 可编程逻辑器件(PLD)
第七章 存储器与可编程逻辑器件
7.1 只读存储器(ROM)
7.1.1 ROM的结构 ROM的一般结构如图7－1－1所示。它主要由存储矩阵、地
除可编程存储器EPROM、电可擦除可编程存储器EEPROM和快闪 存储器等。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
2．特点及编程
1）固定ROM（掩模ROM
ROM采用掩模技术，存储
的数据固定不变，属于用户专用ROM。用户将程序代码交给IC
生产商，生产商在芯片制造过程中将用户程序代码固化在IC的
ROM中，用户在使用过程中只能读出不能写入。固定ROM适合
第七章 存储器与可编程逻辑器件
由上面的分析可见，这个存储矩阵由16个存储单元组成， 每个十字交叉点代表一个存储单元，交叉处有二极管的单元， 代表存储数据1；无二极管的单元代表存储数据0。存储容量是 4×4位，这表明在该ROM中固定存储了字长为4位的4个字，需 要时可以按地址提取。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
址译码器及输出缓冲器组成。存储矩阵是存放信息的主体，它 由许多排列成n行、m列的矩阵组成，共有n×m个信息单元。ROM 的存储单元可以用二极管构成，也可用双极型三极管或MOS管构 成。每个存储单元存放一位二进制代码0或1，若干个存储单元 组成一个字。若地址译码器有n条地址输入线A0～An-1，则译码 器有2n条输出线W0～W2n-1，每一条译码输出线Wi称为“字线”， 它与存储矩阵中的一个“字”相对应。因此，每当给定一组输 入地址时，译码器只有一条输出字线Wi被选中，即Wi =1，该字 线可以在存储矩阵中找到一个相应的字，并将字中的m位信息Dm1～D0送至输出缓冲级，此时三态控制端使输出缓冲器读出Dm-1～ D0的数据。每条输出线Di又称为“位线”，每个字中信息的位数 称为“字长”。简单地说，每输入一个n位的地址码，存储器就 输出一个m位的二进制数。可见，存储器的存储容量是2n×m （字线×位线）。
第七章 存储器与可编程逻来自百度文库器件
输出缓冲器是ROM的数据读出电路，通常用三态门构成， 它不仅可以实现对输出数据的三态控制，方便与系统总线连接， 还可提高存储器的负载能力。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1－1
第七章 存储器与可编程逻辑器件
7.1.2 ROM的编程及分类 1．分类 （1）按制造工艺分：二极管ROM、双极型ROM、MOS型ROM。 （2）按存入方式分：固定ROM和可编程ROM。 （3）可编程ROM细分：一次可编程存储器PROM、光可擦
第七章 存储器与可编程逻辑器件
在地址译码器的输出字线W０～W3中，某一条字线为高电平 时，接在这条字线上的NMOS管导通，这些导通的NMOS管将位 线下拉到低电平，经输出电路反相，使其输出为1；没接导通 NMOS管的位线仍为高电平，使其输出为0。所以和二极管存储 矩阵一样，矩阵中字线和位线的交叉点有NMOS管的表示存储1， 无NMOS管的表示存储0。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
2）PROM PROM是在固定ROM基础上发展起来的，其存储单元结构
仍然是将二极管、晶体管作为受控开关，不同的是在等效开关 电路中串接了一个熔丝，如图7－1－4所示。PROM在出厂时， 存储的内容为全1（或全0），用户根据需要可将某些单元改写 为0（或1）。一般说来，PROM适合于小批量试产使用，有保 密位，可以加密，价格较高。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
3）EPROM PROM只能编程一次，所以一旦出错,芯片只好 报废。而EPROM克服了PROM的缺点，它允许对芯片反复改写， 当所存内容需要更新时，可以用特定的方法擦除并重新写入信 息。
根据对芯片内容擦除方式的不同，可擦除可编程ROM 有两类：一类是最早出现的用紫外线照射擦除可编程的EPROM； 另一类是电擦除可编程的EEPROM。EPROM中的一个存储单元如 图7－1－5所示，因为其中的MOS管是叠层栅注入MOS管,所以 简称SIMOS管，也因此称这种存储单元为叠层栅存储单元。将 图7－1－3所示存储矩阵中全部存储单元都改为这种叠层栅存 储单元，就组成一个4×4位EPROM。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
图7－1-2 (a)电路图；(b)字的读出方法
第七章 存储器与可编程逻辑器件
读出数据时，首先输入地址码，并使 EN 0，在数据
输出端 D3 ~ D0 可获得该地址所存储的数据字。例如，在图
7-1-2 中，A1A0 =10 时，字选线 W2=1，而 W0 = W1 = W3 = 0， 字线上的高电平通过接有二极管的位线 Y3、Y2、Y1，使 D3 = D2 = D1 = 1，位线与的交叉处无二极管，故 D0 = 0，结果输出数 据字 D3D2 D1D0 =1110。按此分析，类似可以得到该图输入其 它地址码时的输出，为了更明白地表述读字的方法，可用图 7-1-2（b）表示。
(2)MOS管固定ROM。MOS管固定ROM也是由地址译码器、存 储矩阵和输出电路三部分组成，但它们都是用MOS管构成的。 图7－1－3是4×4位NMOS管固定ROM，即把图7－1－2电路的存 储矩阵中有二极管的位置，都换成了NMOS管（注意：在LSI中， MOS管大都做成源、漏对称结构）。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1-3
于大批量生产使用，性价比较高。
固定ROM也由三部分组成：地址译码器、存储矩阵和输出
电路。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
(1)二极管固定ROM。图7－1－2是4×4位二极管固定ROM 电路图。2线—4线地址译码器的地址线为A1A0，输出为W0～W３ （字线），用它来选取存储矩阵内4个字中的1个。图中上虚线 框指存储矩阵；下虚线框指输出电路，由4个三态门和4个负载 电阻（R）组成。在输出控制端EN=0时，4条位线上的数据可 经三态门由Ｄ3～D０端输出。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1 －4
第七章 存储器与可编程逻辑器件
PROM存储矩阵中，每个存储单元都接有一个存储器，但 每个存储器的一个电极都通过一根易熔的金属丝接到相应的位 线上。用户对PROM编程是逐字逐位进行的：首先通过字线和 位线选择需要编程的存储单元，然后通过规定宽度和幅度的脉 冲电流将该存储管的熔丝熔断，这样就将该单元的内容改写了。
7.1 只读存储器(ROM) 7.2 随机存取存储器(RAM) 7.3 可编程逻辑器件(PLD)
第七章 存储器与可编程逻辑器件
7.1 只读存储器(ROM)
7.1.1 ROM的结构 ROM的一般结构如图7－1－1所示。它主要由存储矩阵、地
除可编程存储器EPROM、电可擦除可编程存储器EEPROM和快闪 存储器等。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
2．特点及编程
1）固定ROM（掩模ROM
ROM采用掩模技术，存储
的数据固定不变，属于用户专用ROM。用户将程序代码交给IC
生产商，生产商在芯片制造过程中将用户程序代码固化在IC的
ROM中，用户在使用过程中只能读出不能写入。固定ROM适合
第七章 存储器与可编程逻辑器件
由上面的分析可见，这个存储矩阵由16个存储单元组成， 每个十字交叉点代表一个存储单元，交叉处有二极管的单元， 代表存储数据1；无二极管的单元代表存储数据0。存储容量是 4×4位，这表明在该ROM中固定存储了字长为4位的4个字，需 要时可以按地址提取。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
址译码器及输出缓冲器组成。存储矩阵是存放信息的主体，它 由许多排列成n行、m列的矩阵组成，共有n×m个信息单元。ROM 的存储单元可以用二极管构成，也可用双极型三极管或MOS管构 成。每个存储单元存放一位二进制代码0或1，若干个存储单元 组成一个字。若地址译码器有n条地址输入线A0～An-1，则译码 器有2n条输出线W0～W2n-1，每一条译码输出线Wi称为“字线”， 它与存储矩阵中的一个“字”相对应。因此，每当给定一组输 入地址时，译码器只有一条输出字线Wi被选中，即Wi =1，该字 线可以在存储矩阵中找到一个相应的字，并将字中的m位信息Dm1～D0送至输出缓冲级，此时三态控制端使输出缓冲器读出Dm-1～ D0的数据。每条输出线Di又称为“位线”，每个字中信息的位数 称为“字长”。简单地说，每输入一个n位的地址码，存储器就 输出一个m位的二进制数。可见，存储器的存储容量是2n×m （字线×位线）。
第七章 存储器与可编程逻来自百度文库器件
输出缓冲器是ROM的数据读出电路，通常用三态门构成， 它不仅可以实现对输出数据的三态控制，方便与系统总线连接， 还可提高存储器的负载能力。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1－1
第七章 存储器与可编程逻辑器件
7.1.2 ROM的编程及分类 1．分类 （1）按制造工艺分：二极管ROM、双极型ROM、MOS型ROM。 （2）按存入方式分：固定ROM和可编程ROM。 （3）可编程ROM细分：一次可编程存储器PROM、光可擦
第七章 存储器与可编程逻辑器件
在地址译码器的输出字线W０～W3中，某一条字线为高电平 时，接在这条字线上的NMOS管导通，这些导通的NMOS管将位 线下拉到低电平，经输出电路反相，使其输出为1；没接导通 NMOS管的位线仍为高电平，使其输出为0。所以和二极管存储 矩阵一样，矩阵中字线和位线的交叉点有NMOS管的表示存储1， 无NMOS管的表示存储0。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
2）PROM PROM是在固定ROM基础上发展起来的，其存储单元结构
仍然是将二极管、晶体管作为受控开关，不同的是在等效开关 电路中串接了一个熔丝，如图7－1－4所示。PROM在出厂时， 存储的内容为全1（或全0），用户根据需要可将某些单元改写 为0（或1）。一般说来，PROM适合于小批量试产使用，有保 密位，可以加密，价格较高。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
3）EPROM PROM只能编程一次，所以一旦出错,芯片只好 报废。而EPROM克服了PROM的缺点，它允许对芯片反复改写， 当所存内容需要更新时，可以用特定的方法擦除并重新写入信 息。
根据对芯片内容擦除方式的不同，可擦除可编程ROM 有两类：一类是最早出现的用紫外线照射擦除可编程的EPROM； 另一类是电擦除可编程的EEPROM。EPROM中的一个存储单元如 图7－1－5所示，因为其中的MOS管是叠层栅注入MOS管,所以 简称SIMOS管，也因此称这种存储单元为叠层栅存储单元。将 图7－1－3所示存储矩阵中全部存储单元都改为这种叠层栅存 储单元，就组成一个4×4位EPROM。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
图7－1-2 (a)电路图；(b)字的读出方法
第七章 存储器与可编程逻辑器件
读出数据时，首先输入地址码，并使 EN 0，在数据
输出端 D3 ~ D0 可获得该地址所存储的数据字。例如，在图
7-1-2 中，A1A0 =10 时，字选线 W2=1，而 W0 = W1 = W3 = 0， 字线上的高电平通过接有二极管的位线 Y3、Y2、Y1，使 D3 = D2 = D1 = 1，位线与的交叉处无二极管，故 D0 = 0，结果输出数 据字 D3D2 D1D0 =1110。按此分析，类似可以得到该图输入其 它地址码时的输出，为了更明白地表述读字的方法，可用图 7-1-2（b）表示。
(2)MOS管固定ROM。MOS管固定ROM也是由地址译码器、存 储矩阵和输出电路三部分组成，但它们都是用MOS管构成的。 图7－1－3是4×4位NMOS管固定ROM，即把图7－1－2电路的存 储矩阵中有二极管的位置，都换成了NMOS管（注意：在LSI中， MOS管大都做成源、漏对称结构）。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1-3
于大批量生产使用，性价比较高。
固定ROM也由三部分组成：地址译码器、存储矩阵和输出
电路。
第七章 存储器与可编程逻辑器件
(1)二极管固定ROM。图7－1－2是4×4位二极管固定ROM 电路图。2线—4线地址译码器的地址线为A1A0，输出为W0～W３ （字线），用它来选取存储矩阵内4个字中的1个。图中上虚线 框指存储矩阵；下虚线框指输出电路，由4个三态门和4个负载 电阻（R）组成。在输出控制端EN=0时，4条位线上的数据可 经三态门由Ｄ3～D０端输出。
第七章 存储器与可编程逻辑器件 图7－1 －4
第七章 存储器与可编程逻辑器件
PROM存储矩阵中，每个存储单元都接有一个存储器，但 每个存储器的一个电极都通过一根易熔的金属丝接到相应的位 线上。用户对PROM编程是逐字逐位进行的：首先通过字线和 位线选择需要编程的存储单元，然后通过规定宽度和幅度的脉 冲电流将该存储管的熔丝熔断，这样就将该单元的内容改写了。