第七章 存储器、复杂可编程器件
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数字电子技术基础 第七章(第五版)
列地址译码器
A7
M=256x4
Y0 A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 器 X0 X1 · · · X31
Y1
··· ··· ···
Y7
···
7.1 .1 ROM的 定义与基本结构
只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。(Read-Only Memory) ROM的分类
C (A4)
0 0
O3O2O1O0=D3D2D1D0
C (A4)
1 1
I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 二进制码
0000 0001
O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 格雷码
0000 0001
I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 格雷码
0000 0001
O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 二进制码
若给出地址 A7× -A =001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 例如：容量为 256 10的存储器
A5 A6 A7
32根行地址 选择线
Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
· · ·
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
Y7
8根列地址 选择线
存储单元
RAM
DRAM (Dynamic RAM)：动态RAM 存储器 固定ROM ROM PROM (Read-Only Memory) EPROM 可编程ROM E2PROM RAM(随机存取存储器): 在运行状态可以随时进行读或写操作。
存储的数据必须有电源供电才能保存, 一旦掉电, 数据全部丢失。 ROM(只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。
A7
M=256x4
Y0 A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 器 X0 X1 · · · X31
Y1
··· ··· ···
Y7
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7.1 .1 ROM的 定义与基本结构
只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。(Read-Only Memory) ROM的分类
C (A4)
0 0
O3O2O1O0=D3D2D1D0
C (A4)
1 1
I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 二进制码
0000 0001
O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 格雷码
0000 0001
I3 I2 I1 I0 (A3A2A1A0) 格雷码
0000 0001
O3O2O1O0 (D3D2D1D0) 二进制码
若给出地址 A7× -A =001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 例如：容量为 256 10的存储器
A5 A6 A7
32根行地址 选择线
Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
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列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
Y7
8根列地址 选择线
存储单元
RAM
DRAM (Dynamic RAM)：动态RAM 存储器 固定ROM ROM PROM (Read-Only Memory) EPROM 可编程ROM E2PROM RAM(随机存取存储器): 在运行状态可以随时进行读或写操作。
存储的数据必须有电源供电才能保存, 一旦掉电, 数据全部丢失。 ROM(只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。
第7部分半导体存储器与可编程器件80页
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【例7-1】利用ROM完成8423A2A1A0，余3码为 Y3Y2Y1Y0，二者之间的对应关系如表7-2所示。
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21
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取具有4位地址输入、4位数据输出的16×4位ROM，将 4个输入变量分别接至地址输入端A3、A2、A1、A0，按 照逻辑函数的要求存入相应的数据，即可在数据输出端获 得Y3、Y2、Y1、Y0。具体实现电路如图7-8所示。
采用如下电路，振荡器产生的连续脉冲信号作为计
数器的时钟输入，计数器由3片四位二进制计数器 74LS163组成12位的同步计数器，计数器的低11位输出 作为EPROM的地址，这样，EPROM就可以反复输出 其存贮的数据，在示波器上就可以观察到一个三角波 形。
Q7~Q0 EPROM (2716)
CE A10~A0 OE
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（2）存贮固定的数据表格 在数学运算中为了加快运算速度，常将某
变量的函数例如三角函数、对数函数等先造一个 表，预先写入ROM中。工作时，只要将变量作 为地址读取ROM，则从该地址中读出的内容就 是这个变量的函数值。
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（3）产生波形 如果在ROM中预先写入各种波形的数据，例
ROM通常适合于不频繁写入数据的场合，如计算 机和其他数字系统中存储系统软件、应用程序、常 数等信息都存放在ROM中。
4
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1. ROM的分类 根据ROM存储信息的方式不同，可分为以下几类：
（1）掩膜ROM（Mask Rom） 出厂前由芯片厂家将程序写入到ROM里。写入后
信息只能读出，不能再修改。这种ROM的集成度高， 适合大批量生产的产品。
[优质文档]第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件
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G5 & CS
当选片信号 CS ＝ 1 时， G5 、 G4 输出为 0 ，三态门 G1 、 G2 、 G3 均处 于高阻状态，输入 /输出（ I/O）端与存储器内部完全隔离，存储器 禁止读/写操作，即不工作；
当CS＝0时，芯片被选通：当 ＝1时，G5输出高电平，G3被打开， 于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端，存储器执行读操作；
（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术生产 的可编程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可 多次编程。
（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也是采用浮栅技术 生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管 ，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量 级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的 非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复 擦写1万次以上）。
这样每一个存储 单元都有了一个 固定的编号，称 为地址。
2 ．地址译码器 —— 将寄存器 地址所对应的二进制数译 成有效的行选信号和列选 信号，从而选中该存储单 元。 采用双译码结构。 行地址译码器： 5 输入 32 输出， 输入为 A0 、 A1 、 … 、 A4 ， 输出为X0、X1、…、X31； 列地址译码器： 5 输入 32 输出， 输入为 A5 、 A6 、 … 、 A9 ， 输出为Y0、Y1、…、Y31， 这样共有10条地址线。
静态RAM存储单元所用的管子多，功耗大，集成度 受到影响，目前常用的是动态RAM。
单管动态存储单元
数据存储在Cs中，T为门 控管，通过控制T的导通与 截止，可以把数据从存储单 元送至位线上或将位线上的 数据写入到存储单元。
4. 片选及输入/输出控制电路
电子教案-电子技术(第5版_吕国泰)教学资源51134-第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件-电子课件
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第四节、可编程逻辑器件
5、在系统可编程逻辑器件（ispPLD）
在系统可编程逻辑器件（ispPLD）是20世纪90 年代推出的一种高性能大规模数字集成电路，它成 功地将原属于编程器的有关电路也集成于ispPLD中。 因此， ispPLD的最大特点是，编程时既不需要使 用编程器，也不需要将器件从系统的电路板上取下， 用户可以直接在系统上进行编程。
22
第四节、可编程逻辑器件
2、可编程阵列逻辑（PAL）
可编程阵列逻辑（PAL）是20世纪70年代末期 出现的产品，它是由可编程的与阵列和固定的或阵 列所组成的与或逻辑阵列。
PAL比PLA工艺简单，易于编程和实现，既有 规则的阵列结构，又有灵活多变的逻辑功能，使用 较方便。但其输出方式固定而不能重新组态，编程 是一次性的。
可编程逻辑阵列（PLA）是20世纪70年代中期 出现的逻辑器件，它既包括可编程的与阵列，也包 括可编程的或阵列；不仅可用于实现组合逻辑电路 功能，如果在或阵列的输出外接触发器，还可用于 实现时序逻辑电路功能。
PLA 的与阵列不是全译码，而是可编程的。同 时，其或阵列也是可编程的。用它来实现同样的逻 辑函数，其阵列规模要比ROM小得多。
2、存取周期 连续两次读（写）操作间隔的最短时间称 为存取周期。
一、固定ROM 二、可编程ROM 二、ROM的应用实例
ROM的结构框图 存储矩阵 地址译码器 读出电路
第二节、只读存储器
7
一、固定ROM 1、二极管掩模ROM
第二节、只读存储器
8
第二节、只读存储器
9
2、MOS管掩模ROM
18
(2) RAM的字扩展
第三节、随机存取存储器
19
第四节、可编程逻辑器件
第四节、可编程逻辑器件
5、在系统可编程逻辑器件（ispPLD）
在系统可编程逻辑器件（ispPLD）是20世纪90 年代推出的一种高性能大规模数字集成电路，它成 功地将原属于编程器的有关电路也集成于ispPLD中。 因此， ispPLD的最大特点是，编程时既不需要使 用编程器，也不需要将器件从系统的电路板上取下， 用户可以直接在系统上进行编程。
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第四节、可编程逻辑器件
2、可编程阵列逻辑（PAL）
可编程阵列逻辑（PAL）是20世纪70年代末期 出现的产品，它是由可编程的与阵列和固定的或阵 列所组成的与或逻辑阵列。
PAL比PLA工艺简单，易于编程和实现，既有 规则的阵列结构，又有灵活多变的逻辑功能，使用 较方便。但其输出方式固定而不能重新组态，编程 是一次性的。
可编程逻辑阵列（PLA）是20世纪70年代中期 出现的逻辑器件，它既包括可编程的与阵列，也包 括可编程的或阵列；不仅可用于实现组合逻辑电路 功能，如果在或阵列的输出外接触发器，还可用于 实现时序逻辑电路功能。
PLA 的与阵列不是全译码，而是可编程的。同 时，其或阵列也是可编程的。用它来实现同样的逻 辑函数，其阵列规模要比ROM小得多。
2、存取周期 连续两次读（写）操作间隔的最短时间称 为存取周期。
一、固定ROM 二、可编程ROM 二、ROM的应用实例
ROM的结构框图 存储矩阵 地址译码器 读出电路
第二节、只读存储器
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一、固定ROM 1、二极管掩模ROM
第二节、只读存储器
8
第二节、只读存储器
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2、MOS管掩模ROM
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(2) RAM的字扩展
第三节、随机存取存储器
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第四节、可编程逻辑器件
数电第七章存储器
A5 A6 A7
列 地 址 译 码 器 ··· ··· ···
Y0 A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 器 X0 X1 · · · X 31
Y1
Y7
···
7.1 .1 ROM的 定义与基本结构
只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。(Read-Only Memory) ROM的分类
A i+ 1
Ai
A0
列 译 码
行 译 码 存储 阵 列
A n-1
CE WE OE =00X 输入
CE WE OE =011 高阻
CE WE OE
I/O 电 路
I /O 0
I /O m -1
SRAM 的工作模式 工作模式 保持 (微功耗) 读 写 输出无效 CE 1 0 0 0 WE X 1 0 1 OE X 0 X 1 I /O 0 ~ I /O m -1 高阻 数据输出 数据输入 高阻
0
0 0 0 0
1011
1100 1101 1110 1111
1110
1010 1011 1001 1000
1
1 1 1 1
1011
1100 1101 1110 1111
1101
1000 1001 1011 1010
用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路
C I3 I2 I1 I0
A4 A3 A2 A1 A0 CE OE ROM D1 D2 D3 D4 O3 O2 O1 O0
C
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
I3 I2 I1 I0 格雷码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010
列 地 址 译 码 器 ··· ··· ···
Y0 A4 A3 A2 A1 A0
行 地 址 译 码 器 X0 X1 · · · X 31
Y1
Y7
···
7.1 .1 ROM的 定义与基本结构
只读存储器，工作时内容只能读出，不能随时写入，所 以称为只读存储器。(Read-Only Memory) ROM的分类
A i+ 1
Ai
A0
列 译 码
行 译 码 存储 阵 列
A n-1
CE WE OE =00X 输入
CE WE OE =011 高阻
CE WE OE
I/O 电 路
I /O 0
I /O m -1
SRAM 的工作模式 工作模式 保持 (微功耗) 读 写 输出无效 CE 1 0 0 0 WE X 1 0 1 OE X 0 X 1 I /O 0 ~ I /O m -1 高阻 数据输出 数据输入 高阻
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1011
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1110
1010 1011 1001 1000
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1100 1101 1110 1111
1101
1000 1001 1011 1010
用ROM实现二进制码与格雷码相互转换的电路
C I3 I2 I1 I0
A4 A3 A2 A1 A0 CE OE ROM D1 D2 D3 D4 O3 O2 O1 O0
C
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
I3 I2 I1 I0 格雷码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010
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第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
二、LSI的现状和前景
目前，在单块硅片上集成十万个元件、器件的大规 模集成电路已广泛应用到各种电子仪器和设备中。集成 电路已进入超大规模和甚大规模阶段，如lattics公司的 Flex10K10系列，等效门数为10000门，另外还有 Flex10K100系列，等效门数为100000门。 近年来，随着电子设计自动化技术的发展，以及可 编程逻辑器件的广泛应用，使电子电路设计方法和手段 都得到了不断的改进和创新，也为大规模集成电路的应 用开辟了新的途径。可以预见，大规模集成电路必将越 来越广泛地应用于通信技术、计算机技术、自动控制技 术等领域中，PLD的原理和应用是每个电子工程师必备 的一门技术。大规模集成电路的制造技术和应用技术都 得到了飞速发展，主要表现在以下几个方面。
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
2、RAM存储容量的扩展
数 在一片存贮器芯片的存贮容量不够用时，可以将多片 存贮器芯片组合起来，构成一个更大容量的存贮器。当每 片存贮器的字数够用而每个字的位数不够用时，应采用位 扩展的联接方式；当每片的字数不够用而每个字的位数够 用时，应采用字扩展的联接方式；当每片的字数和位数都 不够用时，则需同时采用位扩展和字扩展的联接方式。 （1）字长（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。连接的方法是 将各片的地址线、读/写控制线（R/W）、片选线（CS） 分别并联起来。如果每一片输出的数据是m位，则按上述 方法用n片组合成的存贮器将有m×n位数据输出。
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
读操作：
数 先读熔丝未熔断的，相应字线为高电平， 再读熔丝 熔断的。 显然，PROM的有关存储单元的数据一经写 好后，就不能作任何更改，所以使用的灵活性受 到一定限制。
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
3 、EPROM：
采用浮栅型MOS器件作为存储单元的一个元件，需 紫外线照射才能擦除，大概需要10——30分钟，可擦除 上万次。
2、掌握各种ROM的工作原理和使用方法； 3、了解简单 PLD 的结构、编程原理，为以 后学习复杂可编程逻辑器件打下基础。
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
7.0 概述（summary）
一、用SSI和MSI构成数字系统存在的问题 •体积大 •重量大 •功耗高
字
电
子
技 术
• 成本高
•可靠性差
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
（2）字数的扩展 数 如果一片存贮器的数据位数够用而字数不够用时，应采 用字扩展的联接方式。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。 连接的方法是将各片的地址线、读/写控制线（R/W）、 数据输出线分别并联起来，然后通过每一片的片选（CS） 信号，来区分地址代码中的是哪一片中的存贮单元。各片的 片选信号由地址的附加位译出。如果每片存贮器芯片的字数 为p，则按上述方法将n片存贮器芯片组合成的 存贮器将可 存贮p×n个字。 如果字数和位数都不够用时，则需同时采用位扩展和字 扩展的联接方式。实际应用中，常将两种方法相互结合，以 达到字和位均扩展的要求。
（2）地址译码
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
（3）输入/输出控制电路
在系统中为了便于控制，电路中不仅有读/写控制信 号R/W，还有片选控制信号CS。当片选信号有效时，芯 片被选中，可进行读/写操作，否则芯片不工作。片选信 号仅解决芯片是否工作问题，而芯片的读、写操作由读/ 写控制信号决定。 在半导体存贮器中采用了按地址存放数据的方法，只 有那些被地址代码指定的存贮单元才能与输入/输出端接 通，可以对这些被指定的单元进行读/写操作。而输入/输 出端是公用的。为此存贮器的电路结构中必须包含地址译 码器、存贮矩阵和输入/输出电路（或读/写控制电路）这 三个组成部分。
存储容量=存储单元的数目=行数*列数=字数*位数
存贮器的容量越大，意味着存贮器存贮的数据越多。
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
字
电
一个RAM由若干字和位组成。 通常信息的读出和写入是以字为单位进行的。为了区分 不同的字，将存放同一个字的各个存储单元编为一组， 并赋予一个号码，称为地址。 地址的选择是借助于地址译码器实现的。容量小 的可以只用一个译码器，容量大的通常采用双译码结 构，即将输入地址分为两部分，分别由行译码器和列 译码器进行译码。行列译码器的输出即为存储矩阵的 字线和位线，由它们共同确定欲选择的存储单元。只 有被行地址选择线和列地址选择线同时选中的单元， 才能被访问。
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
半导体存储器的分类：
数 RAM 半导 体存 储器 （读写存 储器） ROM
静态RAM（SRAM）：数据由触发器记
忆，只要不断电，数据能永久保存。
字
电
动态RAM（DRAM）：数据由MOS管
栅极电容存贮，存贮单元有三管和单管两种。
子
技 术
固定ROM（掩模ROM） PROM（一次可编程） EPROM（光可擦除可 编程） 可编程ROM E2PROM（电可擦除可 编程） 快闪存储器
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
ROM的分类
二极管ROM
字
电
ROM
（按使用的器件的类型）
双极型三极管ROM
子
技 术
MOS管ROM
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
按数据的写入方式（存贮内容的存入方式）
数
固定ROM： 出厂时已完全固定下来，使用时无法再更
改，也称掩模编程ROM。 可编程ROM： PROM： 允许用户根据需要写入，但只能写一次。 EPROM：允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写入， 但 操作复杂、费时。
（只读存 贮器）
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
7.1 只读存储器ROM
定义：只读存储器ROM（Read—Only memory）是存储固定信息的存储器件，即 先把信息和数据写入到存储器中，在正常工 作时它存储的数据是固定不变的，只能读出， 不能迅速写入，故称为只读存储器。 特点：掉电后存储的数据不会丢失。
字
电
子
技 术
4 、EEPROM：
同样采用浮栅工艺，但可利用一定宽度电脉冲擦除。
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
7.3 随机存取存储器（RAM）（读写存储器）
（Random Access Memory）
RAM （读写存 储器） 静态RAM（SRAM）：数据由触发器记忆，只要不断
字
电
电，数据能永久保存。所用管子多，功耗大，集成度受限制。
字
电
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技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
第七章作业:(p383)
• • • • • 7.1.1 7.1.3 7.2.2 7.2.4 本章作业做在书上
字
电
子
技 术
动态RAM（DRAM）：数据由MOS管栅极电容存贮，数
据必须定期刷新，常见的存贮单元有三管和单管两种。为提 高集成度，目前大容量存贮单元普遍采用单管结构。
子
技 术
可读可写
特点：
读写方便 所存储信息会因断电而丢失 常用来放一些采样值、运算的中间
用途：
结果，数据暂存、缓冲等。
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
字
电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
三、存储器（ memory ） 存储器的基本概念
• 存储器——用以存储二进制信息的器件。按集成度分，半 导体存贮器属于大规模集成电路。 • 半导体存储器的分类： • 根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类： • （1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。既能 方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺 点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。 • （2）只读存储器（ROM）。其内容只能读出不能写入。 存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。 • 存储器的容量：存储器的容量=字长（n）×字数（m）
数
1术 RAM的结构框图 地址线 数据线
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
存储矩阵 数 RAM的结构 地址译码器 读写控制电路（输入/输出控制电路） 3类信号线：地址线、数据线、控制线。
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电
子
技 术
（1）存储矩阵
一个存贮器由许多存贮单元组成，每个存储单元能存放 一位二值信息。存储器的容量是指存储单元的数目。
字
电
子
技 术
EEPROM： 允许用户根据需要写入，可以擦除后重新写 入， 操作比较简便、快捷。
快闪存储器：仍是ROM，兼有EPROM、EEPROM、RAM 的特点，既有存储内容非丢失性，又有 快速擦 写和 读取的特性。
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
ROM的用途：
1、存储各种程序代码；
2、实现多输入、多输出逻辑函数真值表； 3、代码的变换、符号和数字显示等有关数 字电路及存储各种函数等。
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电
子
技 术
第八章 半导体存储器和可编程逻辑器件
数
（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）用户可编程且拥有多种编程技术 （3）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。 本章主要介绍半导体存贮器的分类方法、电路结构和 工作原理，了解简单PLD的结构、编程原理。