1、第7章 大規(guī)模數(shù)字集成電路,3.7.1 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) ,3.7.2 只讀存儲(chǔ)器(ROM) ,3.7.4 高密度PLD器件應(yīng)用舉例,3.7.3 高密度可編程邏輯器件簡介,常用大規(guī)模數(shù)字集成電路,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,微處理器,大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?大規(guī)模專用數(shù)字集成電路（ASIC）,本章主要介紹半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷慕Y(jié)構(gòu)及使用方法。,3.7.1 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）,存儲(chǔ)大量二進(jìn)制信息的器件,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器特點(diǎn),半導(dǎo)體存儲(chǔ)器特點(diǎn),隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM, Random Access Memory),只讀存儲(chǔ)器(ROM, Read Only Memory),RAM特點(diǎn)：,操作者

2、能任意選中存儲(chǔ)器中的某個(gè)地址單元，對(duì)該地址中的信息進(jìn)行讀出操作或?qū)懭胄碌男畔ⅰ?根據(jù)RAM的工作特點(diǎn)可見，計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存條就是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。,讀出操作時(shí)原信息保留；寫入新信息時(shí)，新信息將取代原信息。,電路一旦失電，信息全無；恢復(fù)供電后，原信息不能恢復(fù)，RAM中的信息為隨機(jī)數(shù)。,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器通常與微處理器直接相連，用于存放微處理器的指令、數(shù)據(jù)。,一、RAM的一般結(jié)構(gòu)和讀寫過程,1. RAM的一般結(jié)構(gòu),RAM由存儲(chǔ)體、行列地址譯碼器、 I/O及讀/寫控制電路三部分電路組成。,存儲(chǔ)體：,是存放大量二進(jìn)制信息的“倉庫”，由成千上萬個(gè)存儲(chǔ)單元組成。而每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存放著一位二進(jìn)制數(shù)0或1。

3、,一個(gè)基本存儲(chǔ)單元(1位),i行,j列,i行,j列,一個(gè)存儲(chǔ)單元(四個(gè)基本存儲(chǔ)單元)(4位),一個(gè)地址碼可以同時(shí)指定多個(gè)存儲(chǔ)單元，即一次“寫入”或“讀出”的數(shù)是一個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器的容量就是基本存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)。表示為M字N位。其中，M個(gè)字是全部地址碼所能指定的字?jǐn)?shù)，N位就是一個(gè)地址碼一次能指定的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)。,例如，一個(gè)10位地址的RAM，共有210個(gè)存儲(chǔ)單元，若每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一位二進(jìn)制信息，則該RAM的容量就是2101=1024字位，通常稱1K字位。若每個(gè)存儲(chǔ)單元存放4位二進(jìn)制信息，則該RAM的容量就是2104=4096字位,行、列地址譯碼器：,是二進(jìn)制譯碼器，將地址碼翻譯成行列對(duì)應(yīng)

4、的具體地址，指明對(duì)哪個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫操作。,例如，一個(gè)10位的地址碼A4A3A2A1A0=00101、B4B3B2B1B0=00011時(shí)，則將對(duì)應(yīng)于第5行第3列的存儲(chǔ)單元被選中。,I/O及讀/寫控制電路：,讀/寫控制電路決定是讀出存儲(chǔ)器中的信息還是將新信息寫入存儲(chǔ)器中。,輸入/輸出緩沖器起數(shù)據(jù)鎖存作用，通常采用三態(tài)輸出的電路結(jié)構(gòu)。因此，RAM可以與外面的數(shù)據(jù)總線電路相連接，實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸。,2. RAM的讀/寫過程,訪問某地址單元的地址碼有效，加入你想去訪問的具體地址：如A9A0 = 0D3H = 0011010011B。,二、RAM中的存儲(chǔ)單元,按照數(shù)據(jù)存取的方式不同，RAM中的存儲(chǔ)單

5、元分為兩種：,靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)RAM(SRAM, Static RAM ) 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元?jiǎng)討B(tài)RAM(DRAM, Dynamic RAM),1. 靜態(tài)存儲(chǔ)單元(SRAM),典型結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)單元,I/O緩沖及控制電路,三、靜態(tài)RAM的容量擴(kuò)展,當(dāng)靜態(tài)RAM的地址線和數(shù)據(jù)線不能與微機(jī)相匹配時(shí)，可用地址線擴(kuò)展、數(shù)據(jù)線擴(kuò)展、線地址和數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展的方法加以解決。,位數(shù)擴(kuò)展（數(shù)據(jù)線擴(kuò)展）,RAM 2114：10位地址，4位數(shù)據(jù)線，容量為2104=10244=4096字位（4K字位）。,用4K容量的RAM2114，實(shí)現(xiàn)一個(gè)容量為10248 字位(8K字位)容量的RAM。,選用RAM2114兩片，將兩片的地

6、址線、讀/寫線及片選線并聯(lián)，兩片的數(shù)據(jù)分別作為高4位數(shù)據(jù)和低4位數(shù)據(jù)，即可組成8位的數(shù)據(jù)線。,【例】,解：,字?jǐn)U展 （地址線擴(kuò)展）,A10=0時(shí),地址范圍為A10A9A0=(0000000000001111111111)B,或(000 3FF)H,A10=1時(shí),地址范圍為A10A9A0=(1000000000011111111111)B,或(04007FF)H,RAM1工作,RAM2工作,RAM的字位擴(kuò)展,【例】將RAM2114擴(kuò)展成容量為40968字位（32K字位）的RAM。,解： 4096個(gè)字需要12位地址，而RAM2114只有10位地址，所以需要進(jìn)行地址擴(kuò)展，同時(shí)還應(yīng)將4位，擴(kuò)展成8位。

7、位擴(kuò)展同前，地址擴(kuò)展用譯碼器完成，共需用8片RAM2114。,3.7.2 只讀存儲(chǔ)器ROM,只讀存儲(chǔ)器ROM中的信息不能輕易地更改。,一經(jīng)寫入，只能讀出。即使掉電，原存儲(chǔ)的內(nèi)容仍然不變。,一旦恢復(fù)供電，信息能完全復(fù)原 。,一、只讀存儲(chǔ)器的一般結(jié)構(gòu),地址譯碼器是一個(gè)二進(jìn)制全譯碼電路，即是一個(gè)不可編程的“與”陣列。,存儲(chǔ)體是一個(gè)“或”結(jié)構(gòu)的陣列。,44ROM具體電路,D0位的或門結(jié)構(gòu),讀出的信息內(nèi)容如下：,ROM存儲(chǔ)體與RAM完全不一樣，ROM屬于組合邏輯電路，而且ROM也沒有I/O緩沖與控制電路。,ROM沒有記憶電路，由固定的“與”陣列和固定的“或”陣列組成。N位地址的與陣列共有2N個(gè)與項(xiàng)(稱為

8、字)；存儲(chǔ)矩陣部分構(gòu)成或陣列，每個(gè)或門的輸出稱為位。,ROM的與或陣列結(jié)構(gòu)與組合型PLD器件相類似，表明PLD器件是由ROM逐步發(fā)展過來的。同時(shí)，ROM也用簡化邏輯圖表示：,二、只讀存儲(chǔ)器ROM的種類,ROM中的與陣列不可編程，或陣列可進(jìn)行固定編程。根據(jù)不同的半導(dǎo)體制造工藝，或陣列的編程方式有多種。ROM種類通常按其編程方式劃分。,掩膜型只讀存儲(chǔ)器,生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶要求的存儲(chǔ)內(nèi)容，用掩膜工藝，在存儲(chǔ)體中的字位線交叉處，制作半導(dǎo)體器件。,一旦制成，其內(nèi)容就固定，無法編程（更改）。,如家電中的洗衣機(jī)程序，電風(fēng)扇程序都是固定的。,PROM 可一次編程(改寫)的只讀存儲(chǔ)器,又分為熔絲式和短路式兩種。,

9、熔絲式,短路式,出廠時(shí)內(nèi)容全為“1”。,出廠時(shí)內(nèi)容全為“0”。,可以編程一次，編程后內(nèi)容就固定了，無法更改。,在字位線的每個(gè)交叉點(diǎn)上都做上一個(gè)半導(dǎo)體器件。,加電流將熔絲熔斷，可把內(nèi)容改寫為0。,將D1擊穿，可把內(nèi)容改寫為1。,EPROM 紫外線擦除式(UVEPROM),EPROM芯片的中央開有一個(gè)石英窗口。,通常采用采用編程電壓進(jìn)行編程，可多次編程，編程次數(shù)達(dá)100次以上；,擦除所有內(nèi)容時(shí)需用UV（紫外線）對(duì)準(zhǔn)窗口照射，時(shí)間約20分鐘；,編程后需用黑色膠布將石英窗口封住，以防空氣中的UV，數(shù)據(jù)可保存20年以上；,在字位線交叉點(diǎn)制作一個(gè)特殊的MOS器件。一種是FAMOS（Floating-gat

10、e Avalanche Injunction MOS，浮柵雪崩注入型）；另一種是SIMOS（Stacked-gate Injunction MOS，疊柵注入型）。,E2PROM 電擦除式（EEPROM）,E2PROM的擦除只需電信號(hào)（高壓編程電壓和高壓脈沖），且擦除速度快。,E2PROM可以單字節(jié)擦除或改寫，而EPROM只能整片擦除。,有些E2PROM可5V編程。,E2PROM既具有ROM器件的非易失性優(yōu)點(diǎn)，又具備類似RAM器件的可讀寫功能（但寫入速度相對(duì)較慢）。,E2PROM存儲(chǔ)單元中采用隧道MOS管（全稱為浮柵隧道氧化層MOS管Flotox，F(xiàn)loating-gate Tunnel Oxi

11、de MOS）。,快閃存儲(chǔ)器（FLASH Memory）,每個(gè)存儲(chǔ)單元只需單個(gè)MOS管，因此其結(jié)構(gòu)比EEPROM更加簡單，存儲(chǔ)容量可以做得更大。,不能象EEPROM那樣實(shí)現(xiàn)單字節(jié)擦除或改寫，一般只能分頁擦除或改寫。,根據(jù)器件容量大小，一頁大小為128、256、512、64K字節(jié)不等。,快閃存儲(chǔ)器的編程與EPROM相似。,快閃存儲(chǔ)器的擦除機(jī)理與E2PROM相似，即利用了“電子隧道效應(yīng)”。,三、ROM的應(yīng)用舉例,ROM是由“與”陣列（地址譯碼器）和可編程的“或”陣列（存儲(chǔ)體）組成。而任何一個(gè)邏輯函數(shù)都可表示為“與或”表達(dá)式。因此，可以用EPROM實(shí)現(xiàn)各種功能的組合邏輯。,EPROM2716,有11

12、根地址線A0A10,8位數(shù)據(jù)輸出D0D7,存儲(chǔ)容量為2K字節(jié),VPP是編程電壓,、 為片選、讀/寫,EPROM2716的六種工作狀態(tài),【例】,試用EPROM2716將4位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成格雷碼。,解：二進(jìn)制碼與格雷碼的關(guān)系為：,把4位二進(jìn)制碼作為EPROM2716的低四位地址輸入，而把4位格雷碼作為對(duì)應(yīng)地址中的內(nèi)容寫入到EPROM 中，即可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換。,轉(zhuǎn)換電路如圖：,【例】,試用EPROM2716、計(jì)數(shù)器、譯碼器等電路設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示“日”字的字符發(fā)生器。,解：要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)顯示電路必須考慮以下幾點(diǎn) ：, 要顯示的信息“日”應(yīng)存放在存儲(chǔ)器中，顯示時(shí)不斷地重復(fù)取出“日”信息。, 如果采用點(diǎn)陣式的發(fā)光二極