资源简介

(共31张PPT)
任务8.1 认识存储器
任务8.3 认识可编程逻辑器件
项目8 存储器
任务8.2 认识随机存取存储器
存储器是用来存放程序和数据的，也是构成计算机系统中记忆设备的电子电路。今后必有更多更新的存储器技术不断涌现。尽快掌握存储器技术，是现代工程技术人员的必需。要求：
了 解
各类存储器的特点和应用场合，其技术指标对存储器性能的影响
熟 悉
半导体存储器的逻辑功能及使用方法可编程逻辑器件的逻辑功能及用途
掌 握
半导体存储器的结构原理，可编程逻辑器件的类型、原理及编程方式
项目导入
知识目标和技能目标
了解存储器的基本知识；了解随机存取存储器RAM的功能及结构组成；理解RAM存储单元的工作原理以及集成RAM芯片使用时的扩展方法。了解只读存储器ROM的结构组成及其工作原理；了解可编程逻辑器件的分类；熟悉可编程逻辑器件中逻辑图中的逻辑关系及表示方法。
具有正确判别集成芯片引脚功能的能力和运用实验手段正确连接集成运放各种运算电路的基本技能，具有对工程实际的集成电路的进行读图和识图的能力。
提出问题
你了解ROM的结构组成和功能吗？ROM包括哪些类型？ROM的存储单元有什么特点？可编程逻辑器件根据阵列和输出结构的不同可分为哪几种？
任务8.3 认识可编程逻辑器件
特点
可编程逻辑器件 英文全称为：programmable logic device 即 PLD。PLD是做为一种通用集成电路产生的，他的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。一般的PLD的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。
可编程逻辑器件
特点
只读存储器ROM正常工作时可重复读取所存储的信息代码，但是不能改写存储的信息代码。ROM中存储的数据能够永久保持，不会因断电而消失。
只读存储器ROM
只读存储器ROM的器件按制造工艺可分为二极管、双极型和MOS型三种；按存储内容存入方式的不同可分为固定和可编程两种。
8.3.1 ROM的结构组成和功能
A0~An－1为地址寄存器的n根输入线，按二进制代码进行编码，称为地址码。地址译码器的功能是根据输入的地址代码，从n条地址线中选择一条字线，以确定与该字母地址相对应的一组存储单元的位置。
通过地址译码器译出相应地址码的字线为W0~Wm-1共计m根，字线的下标对应地址译码器输出的十进制数，字线与地址码的关系是m=2n。
存储矩阵：是ROM的核心部件和主体，内部含有大量的存储单元电路。存储矩阵中的数据和指令都是用一定位数的二进制数表示的。存储器中存储1位二值代码（0或1）的点称为存储单元，存储器中总存储单元数即为ROM的存储容量。
读写/控制电路：也称为输出缓冲器，是为了增加ROM的带负载能力，同时提供三态控制，将被选中的M位数据输出至位上，以便和系统的总线相连。
2. 工作原理
只读存储器ROM存入数据的过程称为“编程”。早期制造的ROM存储单元是利用其内部熔丝是否被烧断或内部二极管是否永久击穿来写入数据的。
字线
位线
写“0”：烧断熔丝
写“1”：不烧断熔丝
一次性编程
字线
位线
出厂时全部写“0”
写“1”：二极管永久击穿
只能写入一次，使其应用受到很大限制。
与门阵列及其地址码输入端。
或门阵列及其输出缓冲端。
四条字线
四条位线
1
W0＝A1A0
W1＝A1A0
W2＝A1A0
W3＝A1A0
0
D0＝W0＋W2
D1＝W1＋W2＋W3
D2＝W0＋W2＋W3
D3＝W1＋W3
ROM中信息存储的是0还是1通常设计和制造时就确定好了。
ROM输出信号真值表
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 1 1 1 0
0 1 0 1 1 1
1 0 1 0 1 0
1 1 0 1 0 1
从存储器角度看，A1、A0是地址码，D3D2D1D0是数据。地址编号00中存放的数据是1110；地址编号01中存放的数据是0111；地址编号10中存放的是1010；地址编号11中存放的是0101。
从函数发生器角度看，A1A0是两个输入变量，D3D2D1D0是4个输出函数。当变量A1A0取值为00时，函数D3D2D1D0＝1110；当变量A1A0取值01时，函数D3D2D1D0＝0111；当变量……。
ROM输出信号真值表
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 1 1 1 0
0 1 0 1 1 1
1 0 1 0 1 0
1 1 0 1 0 1
从译码编码角度看， “与”门阵列先对输入的二进制代码A1A0进行译码，得到4个输出信号W0、W1、W2、W3，再由“或”门阵列对W0～W34个信号进行编码，得到相应地址编号存入存储单元中。其中W0的编码是0101；W1的编码是1010；W2的编码是0111；W3的编码是1110。
ROM输出信号真值表
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 1 1 1 0
0 1 0 1 1 1
1 0 1 0 1 0
1 1 0 1 0 1
从译码编码角度看， “与”门阵列先对输入的二进制代码A1A0进行译码，得到4个输出信号W0、W1、W2、W3，再由“或”门阵列对W0～W34个信号进行编码，得到相应地址编号存入存储单元中。其中W0的编码是0101；W1的编码是1010；W2的编码是0111；W3的编码是1110。
3.简化的ROM矩阵阵列图
画简化图时，一般把接有二极管存储单元的点用“· ”或“×”表示。其中 “· ”表示固定连接， “×” 表示逻辑连接，没有固定连接和逻辑连接处通常认为是逻辑断开。
原图变的简单明了
8.3.2 ROM的分类
1.固定ROM
固定ROM也称掩膜ROM，掩膜ROM是由生产厂家采用掩模工艺专门为用户制作出的一种固定ROM，因此在出厂时内部存储的数据就已经“固化”在存储器中，用户无法改变所存储的数据。
掩模固定存储器ROM电路结构简单，性能可靠，集成度很高，成本低，一般都是批量生产。
与阵列
D2
D1
D0
A2
A0
A1
或阵列
在开发数字新产品的过程中，设计人员往往需要按照自己的构思迅速得到存有所需内容的ROM，采取现场编程。这种现场编程的ROM被称为PROM。PROM的结构组成如图所示。
2.
现
场
编
程
ROM
8.3.3 ROM的存储单元
目前使用的光可擦除可编程的EPROM可多次写入，其存储单元是在MOS管中置入浮置栅的方法实现的。
P+
P+
N型衬底
S
D
浮置栅
浮置栅EPMOS管写入数据后，带电荷的浮置栅使EPMOS管的源极和漏极之间导通，当字线选中某一存储单元时，该单元位线即为低电平；若浮置栅中无电荷即未写入时，浮置栅EPMOS管截止，相应位线为高电平。
当改写存储单元中的内容时，要用紫外线或X射线照射擦除，使浮置栅上注入的电荷形成光电流泄漏掉，EPROM可恢复原来未写入时的状态，因此又可重新写入新信息。
27系列EPROM是美国Intel公司研制的，型号有2716、27512等。EPROM采用紫外线照射来改写数据，时间大约需要30 min，所需时间较长。
字线
浮置栅MOS管
位
线
+UDD
8.3.4 可编程逻辑器件
可编程逻辑器件PLD是用户自行定义编程的一类通用型逻辑器件的总称。PLD通常由输入缓冲、与阵列、或阵列、输出缓冲四个环节构成。
典型可编程逻辑器件PLD由一个与门阵列和一个或门阵列组成。由于任意一个组合逻辑都可以用与一或表达式进行描述，因此PLD能完成各种数字逻辑功能。典型可编程逻辑器件PLD的特点是：与阵列（即地址译码器）不可编程，或阵列（即存储矩阵）可编程。
1.可编程逻辑阵列PLA
可编程逻辑阵列PLA是在PROM基础上发展起来的一种新型的可编程逻辑器件，PLA的主要特点有：
①PLA有一个与阵列构成的地址译码器，是一个非完全译码器；
②PLA中存储信息是经过化简、压缩后装入的；
③PLA中的与阵列和或阵列都可编程。
用PLA实现将四位二进制数转换成格雷码
G0
G1
G2
G3
与阵列
A
A
B
B
C
C
D
D
或阵列
PLA中，与阵列编程产生变量最少的与项，或阵列编程完成相应最简与项之间的或运算并产生输出。节省了与项线数，提高了芯片面积有效利用率。
G0
G1
G2
G3
与阵列
A
A
B
B
C
C
D
D
或阵列
A
A
B
B
C
C
D
D
与阵列
或阵列
G0
G1
G2
G3
PROM构成的存储矩阵
PLA构成的存储矩阵
可编程逻辑阵列PLA实际上是只读存储器ROM的变种，属于一种特殊的ROM，它可用较少的存储单元就能存储大量的信息，并且PLA的存储单元体和地址译码器都是用户可编程的。
2.可编程阵列逻辑PAL
A0
A1
F0
F1
PAL存储矩阵的常用表示方法
PAL结构示意图
PAL编程是按熔丝图进行的，下图所示为实现“异或”函数的熔丝图，图中“×”表示熔丝保留，而无“×”的交点表示熔丝烧断。
AB
AB
由于PAL采用双极型熔丝工艺，工作速度较高，但由于与阵列的“熔丝”工艺， 因此只能进行一次编程，而且需要在专门的编程器上进行编程，所以其应用仍受到限制。
3.通用阵列逻辑GAL
GAL内部原理图（局部）
GAL器件是从PAL发展过来的，GAL的特点是：与阵列可编程，或阵列固定。
GAL16V8有3种工作模式：
①简单型工作模式：GAL内无反馈通路；
②复杂型工作模式：GAL内存在反馈通路；
③寄存器型工作模式：至少有一个OLMC工作在寄存器输出模式。
集成的GAL16V8芯片由8根输入及8根输出各引出两根互补的输出构成32列，即与项的变量个数为16。
思考与问题1234目前使用的EPROM，其存储单元是用什么方法实现的？Sikaoyuwenti可编程的含义是什么？有哪几种编程方式？可编程逻辑器件有哪几种类型？指出它们各自的特点。试述ROM中的地址译码器阵列和存储编码阵列的不同之处。4为实现时序逻辑电路的功能，PAL又设计制造哪些环节？使PAL的功能大大增加？

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