第7章大规模集成电路

(3) 可擦除 PROM 的存储单元结构 用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。 EPROM 利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。
其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片
写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免
破坏芯片内信息。
E2PROM 可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次 完成，性能更优越。
D0存的是1111，即D0=W0+W1+W2+W3
2. 存储容量及其表示 2. 存储容量及其表示 一般用“字数 字长(即位数)”表示
指存储器中存储单元的数量
例如，一个 32 8 的 ROM，表示它有 32 个字， 字长为 8 位，存储容量是 32 8 = 256。 对于大容量的 ROM 常用“K”表示“1024”，即 1 K = 1024 = 210 ； 用“M”表示“1024 K”，即 1 M = 1024 K = 210 K = 220 。 例如，一个 64 K 8 的 ROM，表示它有 64 K 个字， 字长为 8 位，存储容量是 64 K 8 = 512 K。
图7-19 PROM阵列结构图
图7-20 PLA阵列结构图
图7-21 PAL（GAL）的阵列结构图
A
例 如
●
B
●
C
●
或阵列
● ●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
与阵列
Y3
Y2
Y1
由图可得 Y1 = ABC + ABC + ABC
Y2 = ABC + ABC
Y3 = ABC + ABC
第7章
概 述
大规模集成电路
只读存储器(ROM) 随机存取存储器(RAM)
7.1 概述
数字电路集成度越来越大
•SSI
•MSI
•LSI
•VLSI
•ASIC(专用集成电路）
可编程逻辑器件
•可编程只读存储器（PROM) •可编程可擦除只读存储器（EPROM） •通用阵列逻辑（GAL ） •现场可编程门阵列 （FPGA) •在系统可编程逻辑器件(ispPlD ）
第一片的存储容量为1K*4 地址范围是 A10 A9 A8 A7…A0 0 0 0 00000000 000H 0 1 1 11111111 3FFH 第二片的存储容量为1K*4
地址范围是
A10 A9 A8 A7…A0 1 0 0 00000000 400H
1 1 1 11111111 7FFH
例2： 将1K*4的RAM扩展为4K*8的存储 器系统。
2 / 4译码器
S
A1
A0
W0 W1 字 W2 线 W3 D0 D1 D2 D3
位线
字线与位线的交叉 点即为存储单元。 每个存储单元可以 存储 1 位二进制数。 交叉处的圆点 “ ” 表示存储 “1”；交叉处 无圆点表示存储 “0”。
4 4 存储矩阵结构示意图 从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个 字中含有的存储单元数称为字长，即字长 = 位数。Βιβλιοθήκη 二、半导体存储器的类型与特点
随机存取存储器(RAM， 即Random Access Memory)
ROM 在工作时只能读出 信息而不能写入信息。它用于 存放固定不变的信息，断电后 其数据不会丢失。常用于存放 程序、常数、表格等。
例如计算机中的自检程序、初 RAM 既能读出信息又能 始化程序便是固化在 ROM 中的。 写入信息。它用于存放需经 计算机接通电源后，首先运行它， 常改变的信息，断电后其数 对计算机硬件系统进行自检和初始 据将丢失。常用于存放临时 化，自检通过后，装入操作系统， 计算机才能正常工作。 性数据或中间结果。
接半导体管后成为储 1 单元； 若不接半导体管，则为储 0 单元。
(2) PROM 的存储单元结构
+VDD Wi 熔丝 Wi
VCC 熔丝 Dj
TTL - ROM
Wi
1
Dj
Dj
二极管 ROM
熔丝
MOS - ROM
PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为 全 1(或全 0) 。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 (或 1) ,这只要将需储 0(或 1)单元的熔丝烧断即可。 熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM 只能一次编程。
7.2.3ROM应用
【例7-1】 用ROM构成全加器。
Si ( A, B, C0 ) ABC0 ABC0 ABC0 ABC0 m1 m2 m4 m7
Ci ( A, B, C0 ) ABC0 ABC0 ABC0 ABC0 m3 m5 m6 m7
写入的数据可用紫外线擦除， 用户可以多次改写存储的数据。
电可擦除 E2PROM(Electrically EPROM，简称 E2PROM) 写入的数据可电擦除，用户可以 多次改写存储的数据。使用方便。
3. 存储单元结构 3. 存储单元结构 (1) 固定 ROM 的存储单元结构 +VDD Wi Wi VCC 1 Dj 二极管 ROM Dj TTL - ROM Dj MOS - ROM Wi
★
相 异 处
RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成， 是时序逻辑电路(p208)。RAM 工作时能读 出，也能写入。读或写由读 / 写控制电路进行控制。 RAM 掉电后数据将丢失。
★
补充内容：
A：存储容量的扩展 （1）位数的扩展
通常RAM芯片的字长多设计成1位、4位、8位等，当实际 的存储器系统的字长超过RAM芯片的字长时，需要对RAM实 行位扩展。 位扩展可以利用芯片的并联方式实现，即将RAM的地址线、
例如 计算机内存就是 RAM
7.2.1、ROM 的结构和工作原理
由存储距阵、地址译码器组成
输出缓冲器：提高带负载能力；三态控制，以便 连接总线；规范逻辑电平。可以是三态门或OC门
W0
W1
W2
W3
MOS管栅极与字线连接，该单元是存 “1 ”，反之存“0”。
2 / 4译码器
S
A1
W0
W1 W2
A0
W3
R//W线和片选信号线对应地并接在一起，而各个片子的输入/ 输出（I/O）作为字的各个位线。
例2 把1024*4的RAM扩展为1024*8的 RAM
例 把1024*1的RAM芯片扩展成1024*8的 RAM。
首先要确定的是需要几片1024*1的RAM。 然后确定怎么连接。
（2）字数的扩展
字数的扩展可以利用外加译码器控制芯片的片选输入端来实 现。 例1 将1K*4的RAM芯片扩展为2K*4的存储器系统。
（1）密度越来越高 单片密度已达十万、几十万、甚至几百万门，已进入超 大规模和甚大规模阶段。 （2）设计工具不断完善 现有的设计自动化软件即支持功能完善硬件描述语言 如VHDL、Verilog等作为文本输入，又支持逻辑电路图、 工作波形图等作为图形输入。
7.2 只读存储器
一、半导体存储器的作用
只读存储器(ROM， 即Read-Only Memory) 存放二值数据
7.3随机存储器（略）
一、RAM 的结构、类型和工作原理
A0 A0 An-1 … 地 址 译 码 器
存储矩阵
R/W CS
读/ 写控制电路 … I/O0 I/O1 … I/Om-1
2n m RAM 的结构图
RAM 与 ROM 的比较 相 同 处
★ ★
都含有地址译码器和存储矩阵 寻址原理相同 ROM 的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路。 ROM 工作时只能读出不能写入。掉电后数据 不会丢失。
7.2.2ROM 的分类
按 数 据 写 入 方 式 不 同 分
其存储数据在制造时确定，用 掩模 ROM 户不能改变。用于批量大的产品。 其存储数据 可编程 ROM(Programmable 由用户写入。但 ROM，简称 PROM) 只能写一次。 可擦除 EPROM(Erasable PROM，简称 EPROM)
解：所需的芯片数量为4K*8/1K*4=8片 地址总线为12根，数据总线为8根。 具体连接如下：
7.4
可编程逻辑器件（PLD)概述
固定连接 可编程连接 断开连接 PLD 器件中连接方式
7.5可编程逻辑器件 (p214)
7.5.1结构特点
类型 PROM(即可编程 ROM) PLA(即 Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列) PAL(即 Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑) GAL(即Genetic Array Logic， 通用阵列逻辑) 与阵列 或阵列 输出电路 固 定 可编程 固 定 可编程 可编程 可编程 固 定 可编程 固 定 固定 固定 可组态