第12章存储器和可编程逻辑器件
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1、第第1212章章 存储器和可编程逻辑器件存储器和可编程逻辑器件数字逻辑器件分类：数字逻辑器件分类：1） 标准产品：包括门、触发器、计数器、译码器、数据标准产品：包括门、触发器、计数器、译码器、数据选择器等等中小规模数字电路。选择器等等中小规模数字电路。标准产品的特点是：批量大，成本低，价格便宜，速度快。标准产品的特点是：批量大，成本低，价格便宜，速度快。是数字系统传统设计中使用的主要逻辑器件。是数字系统传统设计中使用的主要逻辑器件。缺点是：器件密度低，所构成的数字系统规模大，印刷线缺点是：器件密度低，所构成的数字系统规模大，印刷线路板走线复杂，焊点多，使电路的可靠性差，功耗大。路板走线复杂，焊
2、点多，使电路的可靠性差，功耗大。2 2）由软件配置的大规模集成电路：如微处理机、单片微）由软件配置的大规模集成电路：如微处理机、单片微型计算机等。型计算机等。12.1 概述概述 这类电路的特点：器件密度高，逻辑功能可由软件配置，这类电路的特点：器件密度高，逻辑功能可由软件配置，用它所构成的数字系统硬件规模小，系统灵活性高。用它所构成的数字系统硬件规模小，系统灵活性高。缺点：工作速度不够高，另外，这类芯片一般要用多片标缺点：工作速度不够高，另外，这类芯片一般要用多片标准集成电路构成外围电路才能工作。准集成电路构成外围电路才能工作。3）专用集成电路（）专用集成电路（ASIC) Applicatio
3、n Specific Integrated CircuitASIC是为满足一种或几种特定功能而设计制造的集成电是为满足一种或几种特定功能而设计制造的集成电路芯片，密度高，路芯片，密度高， ASIC芯片能取代由若干个中小规模电芯片能取代由若干个中小规模电路组成的电路板，甚至一个完整的数字系统路组成的电路板，甚至一个完整的数字系统ASIC分类：分类： ASIC属用户定制电路。（属用户定制电路。（Custom Design IC).).包括全定制和半定制两种。包括全定制和半定制两种。全定制（全定制（Full custom design IC):半导体生产厂家根据用户半导体生产厂家根据用户的特定要求专
4、门设计并制造。的特定要求专门设计并制造。特点：生产周期长，费用高，风险大。在大批量定型产品特点：生产周期长，费用高，风险大。在大批量定型产品中使用。中使用。半定制（半定制（Semi- custom design IC):半导体生产厂家设计并半导体生产厂家设计并制造出的标准的半成品芯片。制造出的标准的半成品芯片。半定制电路分类：半定制电路分类： 门阵列门阵列 （Gate Array) 在硅片上预先做好大量相同的基本单元电路，并把它整在硅片上预先做好大量相同的基本单元电路，并把它整齐地排成阵列，这种半成品芯片称为齐地排成阵列，这种半成品芯片称为母片母片。母片母片可由厂家可由厂家大批量生产。大批量生
5、产。 当用户需制作满足特定要求的当用户需制作满足特定要求的ASIC芯片时，可根据设芯片时，可根据设计要求选择计要求选择母片母片，由用户或厂家设计出连线版图，再由器，由用户或厂家设计出连线版图，再由器件生产厂家经过件生产厂家经过金属连线金属连线等简单工艺，制成成品电路。等简单工艺，制成成品电路。缺点缺点：用户主动性差，使用不方便。：用户主动性差，使用不方便。特点特点：周期较短，成本较低，风险小。：周期较短，成本较低，风险小。 可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PLD) (Programmable Logic Device)芯片上的电路和金属引线由半导体厂家做好，其逻辑功能芯片上的电路和金属引线由半导
6、体厂家做好，其逻辑功能由用户开发实现。由用户开发实现。特点：集成度高，速度快，灵活性好，可重复编程。电路特点：集成度高，速度快，灵活性好，可重复编程。电路设计方便，风险低。设计方便，风险低。1. PLD器件的连接表示方法器件的连接表示方法固定连接固定连接可编程连接可编程连接不连接不连接2. 门电路表示法门电路表示法1AA1AAAA反向缓冲器反向缓冲器ABC&FA B C&F与门与门 ABC1FA B C1F或门或门 3. 阵列图阵列图1A1B1C&D=BCE=AABBCC=0F=AABBCC=0G=112.2 存储器存储器 存储器是一种通用大规模集成电路存储器是一种通用大规模集成电路,用来存放
7、程序和数据用来存放程序和数据.存储器分类存储器分类: 1) 只读存储器只读存储器(ROM) 2) 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)12.2.1 ROM (Read-Only Memory)ROM存放固定信息存放固定信息,只能读出信息只能读出信息,不能写入信息不能写入信息.当电源当电源切断时切断时,信息依然保留信息依然保留.1. ROM的结构的结构.A0A1An-1地地址址译译码码器器存储阵列存储阵列 2nmW0W1W2n-1F0 F1Fm-1字线字线位线位线地址线地址线1) 地址译码器为二进制译码器地址译码器为二进制译码器,即全译码结构即全译码结构.(地址线为地址线为n根根,译码器输出为
8、译码器输出为2n根字线根字线,说明存储阵列中有说明存储阵列中有2n个个存存储单元储单元)2) 存储阵列输出有存储阵列输出有m根位线根位线,说明每个说明每个存储单元存储单元有有m位位,即即 一个字有一个字有m位二进制信息组成位二进制信息组成.每一位称为一个每一位称为一个基本存基本存 储单元储单元.3) 存储器的容量定义为存储器的容量定义为: 字数字数位数位数(2nm).一个二极管一个二极管ROM的例子的例子A1 A0 F0 F1 F2 F30 0 0 1 0 00 1 1 0 0 11 0 0 1 1 01 1 0 0 1 0 1A11A0&W0W1W2W3F0F1F2F3位线位线字线字线 W0
9、W3为地址译码器的输出为地址译码器的输出 Wi=mi (mi为地址码组成为地址码组成 的最小项）的最小项） 当当A1A0=00时，时，W0=1, F0F1F2F3=0100(一个字）；一个字）； 当当A1A0=01时，时，W1=1, F0F1F2F3=1001(一个字）；一个字）； 当当A1A0=10时，时，W2=1, F0F1F2F3=0110(一个字）；一个字）； 当当A1A0=11时，时，W3=1, F0F1F2F3=0010(一个字）。一个字）。 将地址输入和将地址输入和Fi之间的关系填入真值表得：之间的关系填入真值表得： 地址地址 数据数据A1 A0 F0 F1 F2 F30 0 0
10、 1 0 00 1 1 0 0 11 0 0 1 1 01 1 0 0 1 0 F0=A1A0F1=A1A0+ A1A0F2=A1A0+ A1A0F3=A1A0ROM实际是一种组合电路结构。实际是一种组合电路结构。 阵列图阵列图与阵列：与阵列：表示译表示译码器。码器。或阵列：或阵列：表示存表示存储阵列。储阵列。存储容量为：存储容量为： 44 地址地址 数据数据A1 A0 F0 F1 F2 F30 0 0 1 0 00 1 1 0 0 11 0 0 1 1 01 1 0 0 1 0 1A11A0&1111F0F1F2F3m0m1m2m32.可编程只读存储器可编程只读存储器用户可根据需要自行进行编
11、程的存储器用户可根据需要自行进行编程的存储器.1) PROM(Programmable Read-Only Memory)PROM为能进行一次编程的为能进行一次编程的ROM，PROM的结构和的结构和ROM基本相同基本相同,只是在每个存储管上加一根易熔的金属丝接到只是在每个存储管上加一根易熔的金属丝接到相应的位线相应的位线.位线位线字线字线当在该位上需要存当在该位上需要存0时时,通过通过编程编程,烧断熔丝烧断熔丝;当需存当需存1时时,保留熔丝保留熔丝.编程为一次性的编程为一次性的,烧断的熔丝烧断的熔丝不能再接上不能再接上.2)EPROM(Erasable Programmable Read-On
