第五章半導(dǎo)體存儲器與可編程邏輯器件304§５—２隨機(jī)存取存儲器§５—１只讀存儲器§５—３可編程邏輯器件學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解只讀存儲器（ROM）和讀/寫存儲器（RAM）的特點及其應(yīng)用。2.了解可編程邏輯器件（PLD）的類型、特點及其應(yīng)用。306存儲器是數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。前面介紹的寄存器只能存儲少量信息，本章所介紹的半導(dǎo)體存儲器是一種能存儲大量數(shù)字信息的存儲器。由于它集成度高、容量大、速度快、耗電少、操作方便、可靠性強(qiáng)，在計算機(jī)內(nèi)存、顯示存儲器、數(shù)碼相機(jī)、智能家電控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如圖所示。307半導(dǎo)體存儲器的應(yīng)用a)計算機(jī)內(nèi)存條b)計算機(jī)硬盤c)數(shù)碼相機(jī)存儲卡§5—1

只讀存儲器308只讀存儲器（Read-OnlyMemory，ROM）是存儲固定信息的存儲器，使用時只能讀出所存儲的信息而不能寫入，但在斷電后，信息仍能保留。按照數(shù)據(jù)寫入方式不同，只讀存儲器分類如圖所示。309只讀存儲器分類一、固定存儲器固定存儲器（MROM）為用戶專用存儲器，其存儲的數(shù)據(jù)在芯片出廠時已經(jīng)確定，用戶在使用時無法更改其內(nèi)容。這種存儲器適用于大批量生產(chǎn)和存儲通用內(nèi)容，如用于存儲字符、常數(shù)表，存儲電視機(jī)微處理器的程序、智能洗衣機(jī)工作流程控制的程序等。310圖所示為22×4位的MROM結(jié)構(gòu)示意圖。31122×4位MROM結(jié)構(gòu)示意圖MROM中的寄存器很多，每個寄存器都有一個編號，稱為地址。2條地址線A1、A0對應(yīng)的4條譯碼輸出線稱為字線，虛線框內(nèi)為存儲矩陣，它由許多排成陣列形式的存儲單元組成，每個十字交叉點代表一個存儲單元，交叉點處有圓點表示存儲信息為1，無圓點表示存儲信息為0，輸出信號經(jīng)4條位線及緩沖器由D0～D3端輸出。每次讀取信息都只能和某一個指定地址的寄存器打交道，這個過程稱為訪問。表示所要訪問地址的二進(jìn)制數(shù)輸入地址譯碼器經(jīng)譯碼后，在相應(yīng)的某一根譯碼輸出線（字線）上給出信號，控制被選中的寄存器與存儲器的輸出端接通，即可讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)。312二、可編程存儲器可編程存儲器（PROM）在封裝出廠前存儲單元中數(shù)據(jù)設(shè)置為全1或全0，用戶可根據(jù)自己的需要，將應(yīng)該存儲的信息一次寫入PROM中，但一經(jīng)寫入，就不能再更改，因此也稱一次性可編程只讀存儲器。這種存儲器適合于小批量試產(chǎn)使用。例如，剛研發(fā)成功一種智能控制產(chǎn)品，在試產(chǎn)樣機(jī)時將PROM用于程序的存儲。313三、紫外線擦除可編程存儲器紫外線擦除可編程存儲器（EPROM）是可以利用紫外線光擦除原存信息，再進(jìn)行重寫的ROM，如圖所示。314紫外線擦除可編程存儲器a)實物圖b)擦除器四、電擦除可編程存儲器EPROM紫外線擦除的操作復(fù)雜，速度也慢，而且只能整體擦除。315電擦除可編程存儲器a)E2PROM編程/燒寫器b)汽車音響電路中的E2PROM五、快閃存儲器快閃存儲器（FlashMemory）是用電擦除的可編程ROM，它功耗低，集成度高，讀取速度快，再編程次數(shù)多。316快閃存儲器a)數(shù)碼相機(jī)中的存儲卡b)閃存盤§5—2

隨機(jī)存取存儲器317隨機(jī)存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）既能隨時讀出鎖存信息，也能隨時寫入新的信息；其缺點是一旦斷電，所存信息便會全部丟失，所以多用于中間過程存儲信息以及與外部交換信息等。例如，計算機(jī)的內(nèi)存便是RAM，在修改文件時必須及時把修改過的內(nèi)容保存到硬盤中，否則一旦忽然斷電，修改內(nèi)容便立即丟失。318一、RAM的基本結(jié)構(gòu)RAM的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，它由地址譯碼器、存儲矩陣和讀/寫控制器3部分組成。319RAM的基本結(jié)構(gòu)地址譯碼器的作用是對外部輸入的地址進(jìn)行譯碼，以便唯一選擇存儲矩陣中的一組存儲單元。存儲矩陣由許多存儲單元排列而成，可以隨時讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。RAM通過雙向數(shù)據(jù)線與計算機(jī)的中央處理器（CPU）交換信息，讀時它是輸出端，寫時它是輸入端，即一線二用，由讀/寫控制器控制。320一片RAM所能存儲的信息有限，實際使用時常把若干片RAM組裝在一起使用，所以訪問存儲器時要給出片選信號。當(dāng)每一芯片的片選信號為有效電平時，該片被選中；當(dāng)片選信號為無效電平時，該片處于斷開狀態(tài)。RAM分動態(tài)RAM（DRAM）和靜態(tài)RAM（SRAM）兩類。DRAM靠存儲單元中的電容存儲信息，由于電容存在漏電流，電容上存儲的電荷（信息）不能保持很久，所以需要定時充電（稱為刷新）；SRAM的存儲單元是觸發(fā)器，具有保持功能，無需刷新。321二、2114A靜態(tài)RAM1.2114A芯片介紹2114A是一種1024字×4位的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其引腳排列和邏輯符號如圖所示，各引腳功能見表，工作方式與控制信號間關(guān)系見表。3222114A隨機(jī)存取存儲器a)引腳排列b)邏輯符號3232114A引腳功能工作方式與控制信號間的關(guān)系2114A隨機(jī)存取存儲器具有如下特點：（1）讀、寫操作簡單，不需要時鐘脈沖，也不需要刷新。（2）輸入、輸出同極性，使用公共的I/O端，能直接與系統(tǒng)總線相連接。（3）使用單電源+5V供電，輸入、輸出與TTL電路兼容。（4）具有獨立的片選功能和三態(tài)輸出。（5）高速、低功耗。3242.用2114A實現(xiàn)靜態(tài)隨機(jī)存取其實驗電路如圖所示。A0～A9為地址輸入，通過開關(guān)S0～S9控制輸入地址碼。3252114A靜態(tài)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)實驗電路該實驗步驟如下：（1）連接實驗電路按上圖所示連接實驗電路。（2）寫入數(shù)據(jù)在I/O0～I(xiàn)/O3端輸入要寫入的數(shù)據(jù)，在A0～A9端輸入要寫入單元的地址碼，然后使

=0，即可寫入數(shù)據(jù)，選取3組地址碼及3組數(shù)據(jù)，記入表。326寫入數(shù)據(jù)（3）讀出數(shù)據(jù)輸入要讀出單元的地址碼，然后使

=1（保持寫入時的地址碼）要讀出的數(shù)據(jù)便可顯示出來，記入表，并與上表寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。（4）斷電驗證寫入數(shù)據(jù)斷電后再進(jìn)行上一步的讀出操作，驗證斷電后RAM中存儲的數(shù)據(jù)能否保留。327讀出數(shù)據(jù)§5—3

可編程邏輯器件328可編程邏輯器件（ProgrammableLogicDevice,PLD）是一種可由用戶自行定義功能的專用集成電路，用戶可以根據(jù)需要自行對它進(jìn)行編程，從而實現(xiàn)各種邏輯功能。由于它兼有集成電路硬件工作速度快、可靠性高和軟件編程靈活、方便的特點，因此在科技開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。329PLD的分類如圖所示。330PLD的分類一、PLD的基本結(jié)構(gòu)PLD的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。331PLD的基本結(jié)構(gòu)框圖該電路的主體是由門電路組成的與陣列和或陣列。輸入電路用來實現(xiàn)對輸入信號的緩沖，產(chǎn)生原變量和反變量兩個互補(bǔ)的信號，并按要求接入與門的輸入端，由與門輸出的與項只作為或陣列的輸入，再由多個或門產(chǎn)生輸入變量的與或函數(shù)表達(dá)式。在上述基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，如果再增加一些其他邏輯元件和反饋電路，還可實現(xiàn)多種時序邏輯函數(shù)，也就構(gòu)成了不同的PLD。332二、PLD的表示方法由于PLD器件的陣列連接規(guī)模龐大，采用一般表示方法難以描述其內(nèi)部電路，為了便于說明PLD的邏輯關(guān)系，采用了一些簡化表示的新方法。1.連線表所列為PLD輸入緩沖器及門陣列交叉點連接方式，交叉點無記號表示兩線不連接，為斷開單元（被擦除單元）；實點“·”表示硬線連接，即固定連接，不可編程；“×”表示可編程連接。333PLD中連線的表示方法2.門電路PLD中門電路的表示方法與習(xí)慣方法相似，但各有不同，見表。334PLD中門電路的表示方法3.PLD電路表示方法圖所示的PLD邏輯電路功能如下：

，即實現(xiàn)異或功能；