1、精品 料推荐第 14章存储器与可编程逻辑器件一、基本要求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 型存储器速度较慢，但功耗小，集成度
2、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，则速度越快。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、三态数据缓冲器四部分组成。组成 ROM 存储单元的元件可以是电阻、半导体二极管、三极管和MO
3、S 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，该处若有MOS 管则存储内容为0，否则为1。地址线 A 1，A 0 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D 3 D0 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 。1精品 料推荐图 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)，并使相应的
4、一条字线为 1。而每一条位线的状态是若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。若存储单元内存放有信息1，则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14.4 所示。用户
5、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 可多次擦去并重新写入新内容。在EPROM 器件2精品 料推荐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
6、灵活。 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CS 0 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
7、能的大规模集成电路，基本结构如图 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；无点也无叉则表示不连接。 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， F1为反相缓冲器，2 AF A 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。3精品 料推荐图 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 14.7（ 2)通用
8、阵列逻辑GALGAL 结构与 PAL 基本一样，只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，具有电可擦除实现多次编程的功能，使用灵活方便，是各种PLD 中最为流行的一种。三、例题解析例 14.1 现有 3 个变量 A ， B ，C，试用 8 4 位 ROM 实现下列逻辑函数：与、或非、异或、与或非。4精品 料推荐解： 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 =A B CF2= A B CF1=A B CF0= AB AC BC然后，用两种方法可方便地画出用8 4 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=m 7F2= m 0F1= m 1+ m 2+ m4+ m 7F0= m 0+ m1 + m 2+ m 4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 F3210的 ROM 阵列图，如图 14.8， F ， F和 F所示。表 14.2图 14.85
