第七章 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列
第七章可编程逻辑器件
设计库及库元件
在层次设计中所用的模块有两种：
预先设计好的标准模块 由用户设计的具有特定应用功能的模块
前者一般要存放在EDA开发系统中各种类型 的文件库之中，后者必须经过模型仿真和调 试证明无误后，建立一个图形符号存放在用 户的设计库中准备在更上层的设计中使用。
自底向上(BOTTOM—UP)的设计过程采用 的全是标准单元，通常比较经济。
但完全采用自底向上的设计有时不能完全 达到指定的设计目标要求。
计算机科学与工程系 15
BOTTOM—UP设计思想
用可编程ASIC实现一个好的电子系统设计 通常采用TOP—DOWN和BOTTOM—UP两 种方法的结合，充分考虑设计过程中多个 指标的平衡。
计算机科学与工程系 6
按制造技术和编程方式进行分类
双极熔丝和反熔丝ASIC通常称为OTP(one time programming)器件而采用EECMOS和 SRAM制造技术的可编程ASIC具有用户可重 复编程的特性，可以实现电擦电写。
计算机科学与工程系 7
按制造技术和编程方式进行分类
用SRAM技术制造的FPGA则具有数据挥发性，又 称易失性。
计算机科学与工程系 31
⒈PLD的逻辑表示
⑴PLD中阵列及其阵列交叉点的逻辑表示
①PLD中阵列交叉点的逻辑表示 ②PLD中与阵列和或阵列的逻辑表示
计算机科学与工程系 32
①PLD中阵列交叉点的逻辑表示
PLD逻辑阵列中交叉点的连接方式采用图77所示的几种逻辑表示。
在TOP—DOWN的设计过程中，划分每一个层次
模块时要对目标模块做优化，在实现模块时要进
行模拟仿真。虽然TOP—DOWN的设计过程是理
存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列(第)
4
3
2
1
0
00010
1 0 0
O3 O2 O1 O0 (D3 D2 D1 D0) 格雷码
0000000000000000
0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1
固定ROM是利用掩模技术把数据写入存储器中（即构建存储阵列中字线与位线交叉处二极管的有、无），一旦制成，存储数据无法改写
几种ROM性能比较
快闪存储器
ROM
EPROM
E2PROM
非易失性
是
是
是
是
高密度
是
是
是
否
单管存储单元
是
是
是
否
在系统可写
是
否
否
是
7.1.4 集成电路ROM
X译码
Y译码
控制逻辑
存储阵列
输入/输出控制电路
＆
＆
I/O
R/W
G1
G2
G3
G5
G4
D
D
ห้องสมุดไป่ตู้CS
①当CS=1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3处于高阻状态，I/O端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作
②当CS=0时，该存储器被选通，则根据R/W进行读/写操作
现场可编程门阵列
现场可编程门阵列（FPGA）是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块（CLB）矩阵的可编程半导体器件。
与为特殊设计而定制的专用集成电路（ASIC）相对，FPGA 可以针对所需的应用或功能要求进行编程。
虽然具有一次性可编程（OTP）FPGA，但主要是基于 SRAM 的，其可随着设计的演化进行重编程。
了解方框图的各个焦点区域方面的详情，请参照如下内容。
图1FPGA 结构图IOB 详情当今的 FPGA 支持很多 I/O 标准，这样就为您的系统提供了理想的接口连接。
FPGA 内的 I/O 按组分类（见下图），每组都能够独立的支持不同的 I/O 标准。
当今领先的 FP GA 提供了很多 I/O 组，这样就实现了 I/O 支持的灵活性。
CLB 详情可配置逻辑块是 FPGA 内的基本逻辑单元。
实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个 CLB 都包含一个由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成的可配置开关矩阵。
开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或 RAM。
高级 CLB 简介如这里所示。
相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。
DCM 详情业内大多数 FPGA 均提供数字时钟管理（Xilinx的全部 FPGA 均具有这种特性）。
数字时钟管理几乎消除了过去设计者在将全局信号设计到 FPGA 中时不得不面对的歪斜和其它问题。
FPGA 的一般特性当今的 FPGA 已经远远超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如 RAM、时钟管理和DSP）的硬（ASIC 型）块。
FPGA 内的基本元件如下。
可配置逻辑块（CLB）CLB 是 FPGA 内的基本逻辑单元。
实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个 CLB 都包含一个由4或6个输入、一些选型电路（多路复用器等）和触发器组成的可配置开关矩阵。
开关矩阵是高度灵活的，可以进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或 RAM。
相应器件的数据手册中提供了更系统的详情。
存储器复杂可编程器件和现场可编程门阵列课件
市场挑战与机遇分析
市场竞争猛烈
随着技术的发展，存储器复杂可编程器件和现场可编程门 阵列市场竞争日益猛烈，企业需要不断提高技术水平和创 新能力，以保持市场竞争力。
市场需求多样化
不同应用领域对存储器复杂可编程器件和现场可编程门阵 列的需求多样化，企业需要针对不同领域提供定制化的解 决方案。
机遇与挑战并存
技术特点比较
支持多种编程语言和开发工具。
现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）
以可编程逻辑单元为中心，灵活 性强，适用于多种应用场景。
技术特点比较
01
采用查找表（LUT）或可编程逻 辑单元（PLB）实现逻辑功能。
02
支持在系统重构，具有较快的重 构速度。
应用领域比较
存储器复杂可编程 器件和现场可编程 门阵列课件
目 录
• 存储器复杂可编程器件概述 • 存储器复杂可编程器件技术原理 • 现场可编程门阵列技术原理及应用 • 存储器复杂可编程器件与现场可编程门阵列比
较分析 • 存储器复杂可编程器件与现场GUE
存储器复杂可编程器件概述
介绍对存储器复杂可编程器件进行测 试的方法，包括功能测试、性能测试 等。
讨论如何采取措施提高存储器复杂可 编程器件的可靠性，如冗余设计、错 误检测与纠正等。
可靠性分析
阐述如何对存储器复杂可编程器件进 行可靠性分析，包括故障模式与影响 分析（FMEA）、故障树分析（FTA） 等。
03
CATALOGUE
技术不断创新，未来将有更高的性能和更低的功耗。
现场可编程门阵列
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，对灵活性和可 重构性的需求不断增加，市场前景广阔。
可编程逻辑器件及应用
可编程逻辑器件及应用可编程逻辑器件（PLD）是一种电子器件，能够根据用户的需求和程序逻辑实现不同的功能。
它们被广泛应用于数字电路设计、自动化控制系统和嵌入式系统等领域。
本文将深入探讨可编程逻辑器件的原理、分类、优势及其在各个领域的应用。
一、可编程逻辑器件的原理可编程逻辑器件的核心是可编程逻辑阵列（PLA）或可编程逻辑门阵列（PLGA）。
它由一系列基本逻辑门（如与门、或门和非门）和可编程的互连网络组成。
用户可以通过编程器将逻辑功能和互连关系编程到可编程逻辑阵列中，从而实现特定的逻辑功能。
二、可编程逻辑器件的分类根据实现的逻辑功能不同，可编程逻辑器件可以分为可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑器件（PAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）等几个主要类别。
1. 可编程逻辑阵列（PLA）可编程逻辑阵列（PLA）是最早出现的可编程逻辑器件之一。
它具有灵活的结构和编程方式，可以实现复杂的逻辑功能。
PLA的主要特点是可编程的输入和输出逻辑功能以及可编程的互连关系。
2. 可编程阵列逻辑器件（PAL）可编程阵列逻辑器件（PAL）与PLA类似，但它的输入逻辑功能是固定的，只有互连关系是可编程的。
PAL的制造成本较低，适合一些较简单的逻辑功能应用。
3. 复杂可编程逻辑器件（CPLD）复杂可编程逻辑器件（CPLD）是可编程逻辑器件的进一步发展。
CPLD通过集成多个可编程逻辑阵列和可编程互连网络，能够实现更复杂的逻辑功能。
CPLD具有较高的灵活性和可扩展性。
4. 现场可编程门阵列（FPGA）现场可编程门阵列（FPGA）是最灵活和最强大的可编程逻辑器件。
FPGA由大量可编程逻辑块（CLB）、可编程互连网络和输入/输出模块组成。
它可以根据用户的需求和程序逻辑实现几乎任何逻辑功能。
三、可编程逻辑器件的优势可编程逻辑器件相比于固定功能的逻辑器件具有以下几个优势：1. 灵活性：可编程逻辑器件可以根据用户的需求进行编程，实现不同的逻辑功能。
可编程逻辑器件
1
数字逻辑
7.1
可编程逻辑器件的发展和分类
自从 30多年前第一片 PLD问世以来， PLD的技术发展一
直在不断地前进。 PLD器件的设计思想来源于可编程只 读 存 储 器 （ Programmable Read Only Memory ， PROM），最初的PLD 是20世纪70年代中期出现的可编 程逻辑阵列（ Programmable Logic Array， PLA ）， PLA在结构上由可编程的与阵列和可编程的或阵列构成， 其阵列规模小、编程麻烦，并没有得到广泛的应用。随 后 出 现 了 可 编 程 阵 列 逻 辑 （ Programmable Array Logic，PAL），PAL由可编程的与阵列和不可编程的或 阵列构成，采用熔丝编程的方式，设计较 PLA 灵活，器 件速度快，是第一种得到普遍应用的PLD器件。
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数字逻辑
7.1
可编程逻辑器件的发展和分类
(2) 可编程逻辑阵列PLA PLA在结构上由可编程的与阵列和可编程的或阵列构成，
其输出电路固定、阵列规模小、编程麻烦，因而并没得 到广泛的应用。与PROM相比，PLA具有如下特点： ① PROM是与阵列固定、或阵列可编程，而PLA是与和 或阵列全可编程。 ② PROM与阵列是全译码的形式，而PLA是根据需要产 生乘积项，从而减小了阵列的规模。 ③ PROM实现的逻辑函数采用最小项表达式来描述；而 用PLA实现逻辑函数时，运用简化后的最简与或式，即 由与阵列构成乘积项，根据逻辑函数由或阵列实现相应 乘积项的或运算。 ④ 在PLA中，对多输入、多输出的逻辑函数可以利用公 共的与项，因而提高了阵列的利用率。
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数字逻辑
7.1
可编程逻辑器件的发展和分类
《数字电子技术》课程教学大纲
数字电子技术课程教学大纲(DIGITA1E1ECTRONICTECHNO1OGY)总学时数：56其中实验学时：0学分：3.5适用专业：电气工程与自动化专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化专业的必修学科基础课程。
数字电子技术是电工、电子系列课程知识平台上的重要组成部分，是在电子技术方面入门性质的重要技术基础课。
其教学目的是使学生获得适应信息时代的电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。
培养学生分析和解决问题的能力，为以后深入学习数字电子技术领域的相关内容和专业应用打好基础。
具体包括两方面：一是正确分析设计数字电路特别是集成电路的基础；二是进一步学习设计专用集成电路芯片的基础。
二、课程教学的基本要求在本课程学习中，要求学生掌握数字电子技术中的基本概念、基本原理和基本分析方法，其中包括：数字逻辑基础知识、逻辑门电路、组合逻辑电路的分析和设计、触发器时序逻辑电路的分析和设计、存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和变换、数模和模数转换器的基本内容。
此外还应了解数字系统设计的一般方法。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章数字逻辑概论(6学时)第一节数字逻辑电路概述(1)数字信号和数字电路的特点(2)数字电路的研究方法第二节数制(1)十进制数、二进制数、十六进制数的构成特点(2)非十进制数向十进制数转换及十六进制与二进制的相互转换的方法(3)十进制数向非十进制数转换的方法第三节二进制数的算术运算(1)无符号二进制数的算术运算(2)带符号二进制数的减法运算第四节编码(1)8421码内容及构成特点(2)2421码、5211码、循环码、余3循环码、ASC11码的构成特点及内容第五节基本逻辑运算第六节逻辑函数及其表示方法基本要求：(1)掌握数字信号与模拟信号的区别(2)掌握常用数制及其相互之间的转换(3)掌握原码、反码及补码的关系及转换(4)掌握8421码内容及构成特点；了解其它常用代码的构成特点重点难点：各种数制间相互转换，原码、反码及补码的概念及转换。
存储器和可编程逻辑器件简介
GAL器件没有独立的或阵列结构，各个或门放 在各自的输出逻辑宏单元（OLMC）中。
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21
（2）输出逻辑宏单元（OLMC）的结构
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OLMC的逻辑图
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或门：有8个输入端，和来自与阵列的8个乘积 项（PT）相对应。
它的输入信号B和XOR（n）之间的关系为：
D ＝B⊕XOR
当XOR＝0时，即D = B；
当XOR＝1时，即D =B
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② SYN（n）：时序逻辑电路/组合逻辑电路选 择位。
当SYN＝0时，D触发器处于工作状态，OLMC 可为时序逻辑电路；
当 SYN=1 时 ， D 触 发 器 处 于 非 工 作 状 态 ， OLMC只能是组合逻辑电路。
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29
⑵ 可编程I/O单元 I/O端常作为一个独立单元处理。通过对I/O端口 编程，可以使每个引脚单独的配置为输入输出和双向 工作、寄存器输入等各种不同的工作方式。
⑶ 可编程连线阵列 在各LAB之间以及各LAB和I/O单元之间提供互 连网络。这种互连机制有很大的灵活性，它允许在不 影响引脚分配的情况下改变内部的设计。
（1）定义：PLD是厂家作为一种通用型器件生 产的半定制电路，用户可以利用软、硬件开发工具 对器件进行设计和编程，使之实现所需要的逻辑功 能。
（2）PLD的基本结构框图 其中输入缓冲电路可产生输入变量的原变量和
反变量，并提供足够的驱动能力。
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6
（3）按集成度分类： ① 低密度PLD(LDPLD)：结构简单，成本低、
④ 基于静态存储器(SRAM)的编程元件。
数电02(逻辑概论)
通电
灭
3.
非运算
非逻辑真值表
A 0 1 L 1 0
非逻辑举例状态表 A 不通电 通电 非逻辑符号
A
1
灯 亮
灭 表示反相
L A
L
逻辑表达式
L=A
4. 几种常用复合逻辑运算 1)与非运算
与非逻辑符号
与非逻辑真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 L 1 1 1 0
A
B
有 0 出 1 全 1 出 0
逻辑真值表
A 0 0 B 0 1 L 0 0
1
1
0
1
0
1
与逻辑符号 A B 逻辑表达式 L A B 与逻辑： &
L
L = A · = AB Ｂ
２、或运算
只要在决定某一事件的各种条件中，有一个或几个条件具 备时，这一事件就会发生。这种因果关系称为或逻辑关系。 或逻辑举例
S1 S2 开关S1 断 电路状态表 开关S2 断 合 断 合 灯 灭 亮 亮 亮
1、逻辑函数的表示方法
◆
逻辑图法
采用规定的图形符号，构成的逻辑运算关系的网 络图形。
◆ 卡诺图法 一种几何图形，是由美国工程师卡诺首先提出的，
可以用来表示和简化逻辑函数表达式。
◆ 波形图（时序图）法 输入端在不同逻辑信号作用下，对应的输出信号的 波形图。是一种表示输入、输出信号动态变化的图形，反 映了函数值随时间变化的规律。 几种表示方法可以互相转换。
1.数字逻辑概论 2.逻辑代数与硬件描述语言概述 3.逻辑门电路 4.组合逻辑电路 5.锁存器与触发器 6.时序逻辑电路 7.存储器、复杂可编程器件和 现场可编程门阵列 8.脉冲波形的变换与产生 9.模数与数模转换器
数字电子技术江晓安答案
数字电子技术江晓安答案【篇一：数字电路教学大纲】txt>一、课程基本情况教学要求：二、课程的性质、目的和任务：①、课程性质：《数字电子技术》是机电一体化技术、电气自动化技术等专业的一门专业基础课，是理论和实际紧密结合的应用性很强的一门课程。
是在学完《电路基础》和《模拟电子技术》课程后，继续学习数字电子技术方面知识和技能的一门必修课。
②、本课程的目的：从培养学生的智力技能入手，提高他们分析问题、解决问题以及实践应用的能力，为学习其它有关课程和毕业后从事电子、电气工程、自动化以及计算机应用技术方面的工作打下必要的基础。
③、本课程的任务：本课程的主要任务是使学生掌握数字电子技术的基本概念、基本理论、基础知识和基本技能，熟悉数字电路中一些典型的、常用的集成电路原理，功能及数字器件的特性和参数。
掌握数字电路的分析方法和设计方法。
通过这门课程的学习和训练，达到掌握先进电子技术的目的。
并为今后学习有关专业课及解决工程实践中所遇到的数字系统问题打下坚实的基础。
本课程的研究内容该课程教学内容主要包括：逻辑代数基础、门电路、触发器等与数电技术及相关的课题。
本课程的研究方法三、本课程与相关课程的联系（先修后修课程）本课程的先修课程是高等数学、普通物理、电路理论及模拟电子技术，本课程应在电路理论课学过一学期之后开设。
要求学生在网络定理（如戴维南定理、迭加原理和诺顿定理等）、双口网络、线性交流电路和暂态分析等方面具有一定基础。
?四、教学内容和基本要求各章节主要内容、重点难点及学生所需掌握的程度。
（一般了解，理解和重点掌握）教学内容：第一章数制和码制第一节概述第二节几种常用的数制第三节不同数制间的转换第四节二进制算术运算第五节几种常用的编码第一节概述第二节逻辑代数中的三种基本运算第三节逻辑代数的基本公式和常用公式第四节逻辑代数的基本定理第五节逻辑函数及其表示方法第六节逻辑函数的化简方法第七节具有无关项的逻辑函数及其化简第三章门电路第一节概述第二节半导体二极管门电路第三节 cmos门电路第四节 ttl门电路第四章组合逻辑电路第一节概述第二节组合逻辑电路的分析方法和设计方法第三节若干常用的组合逻辑电路第四节组合逻辑电路中的竞争——冒险现象第五章触发器第一节概述第二节sr锁存器第三节电平触发的触发器第四节脉冲触发的触发器第五节边沿触发的触发器第六节触发器的逻辑功能及其描述方法第一节概述第二节时序逻辑电路的分析方法第三节若干常用的时序逻辑电路第四节时序逻辑电路的设计方法第五节时序逻辑电路中的竞争——冒险现象第七章半导体存储器第一节概述第二节只读存储器（rom）第三节随机存储器（ram）第四节存储器容量的扩展第五节用存储器实现组合逻辑函数第八章可编程逻辑器件第一节概述第二节可编程阵列逻辑（pal）第三节通用阵列逻辑（gal）第四节可擦除的可编程逻辑器件（epld）第五节复杂的可编程逻辑器件（cpld）第六节现场可编程门阵列（fpga）第七节在系统可编程通用数字开关（ispgds）第八节 pld的编程第九章脉冲波形的产生和整形第一节概述第二节施密特触发器第三节单稳态触发器第四节多谐振荡器第五节 555定时器及其应用第十章数-模和模-数转换第一节概述第二节 d/a转换器第三节 a/d转换器五、课程考核办法课程成绩由两部分组成：平时成绩和期末考试平时成绩考核方式：由学习中心辅导教师负责考核或网上作业系统自测期末考试考核方式：大作业/考试笔试/口试开卷/闭卷总评成绩构成：平时成绩20%；考试成绩80%。
电子教案-电子技术(第5版_吕国泰)教学资源51134-第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件-电子课件
第四节、可编程逻辑器件
5、在系统可编程逻辑器件（ispPLD）
在系统可编程逻辑器件（ispPLD）是20世纪90 年代推出的一种高性能大规模数字集成电路，它成 功地将原属于编程器的有关电路也集成于ispPLD中。 因此， ispPLD的最大特点是，编程时既不需要使 用编程器，也不需要将器件从系统的电路板上取下， 用户可以直接在系统上进行编程。
22
第四节、可编程逻辑器件
2、可编程阵列逻辑（PAL）
可编程阵列逻辑（PAL）是20世纪70年代末期 出现的产品，它是由可编程的与阵列和固定的或阵 列所组成的与或逻辑阵列。
PAL比PLA工艺简单，易于编程和实现，既有 规则的阵列结构，又有灵活多变的逻辑功能，使用 较方便。但其输出方式固定而不能重新组态，编程 是一次性的。
可编程逻辑阵列（PLA）是20世纪70年代中期 出现的逻辑器件，它既包括可编程的与阵列，也包 括可编程的或阵列；不仅可用于实现组合逻辑电路 功能，如果在或阵列的输出外接触发器，还可用于 实现时序逻辑电路功能。
PLA 的与阵列不是全译码，而是可编程的。同 时，其或阵列也是可编程的。用它来实现同样的逻 辑函数，其阵列规模要比ROM小得多。
2、存取周期 连续两次读（写）操作间隔的最短时间称 为存取周期。
一、固定ROM 二、可编程ROM 二、ROM的应用实例
ROM的结构框图 存储矩阵 地址译码器 读出电路
第二节、只读存储器
7
一、固定ROM 1、二极管掩模ROM
第二节、只读存储器
8
第二节、只读存储器
9
2、MOS管掩模ROM
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(2) RAM的字扩展
第三节、随机存取存储器
19
第四节、可编程逻辑器件
第7章 存储器复杂可编程器件和现场可编程门阵列
第7章存储器复杂可编程器件和现场可编程门阵列第7章-存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列7存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列7.1只读存储器7.1.1指出以下每个存储系统有多少个存储单元，至少需要几条地址线和数据线。
（1）64k×1（2）256k×4（3）1m×1（4）128k×8解决方案：在解决这个问题时，只要理解以下关系，就可以很容易地得到结果：存储单元=字数×位数地址线根数（地址码的位数）n与数字n的关系为：n=2数据线根数=位数（1）存储单元=64K×1=64K（注：1K=1024）；因为64K=2，即n=16，所以有16条地址行，数据行的数量等于位数。
这里有一个。
同样地：（2）1m个存储单元，18根地址线，4根数据线。
（3）1m个存储单元，20根地址线，1根数据线。
（4）1m个存储单元，17根地址线，8根数据线。
7.1.2将内存的起始地址设置为all 0，并尝试指出以下存储系统的最高地址是什么？（1）2k×1（2）16k×4（3）256k×32解：因为存储系统的最高地址=字数+起始地址－1，所以它们的十六进制地址是：（1）7ffh(2)3fffh(3)3ffffh7.1.3尝试确定ROM实现以下逻辑功能所需的容量：（1）实现两个3位二进制数相乘的乘法器。
（2）将8位二进制数转换成十六进制数（用bcd码表示）的转换电路。
解决方案：逻辑功能由ROM实现，逻辑功能的输入变量由ROM地址线输入，逻辑功能的值由ROM数据线输出。
（1）两个3位二进制数相乘，共有6位输入，即需要6根地址线；两个3位二进制数相乘的最大值是49，即111×111=110001，共需要6为输出，所以rom得容量应为2×6位。
8位二进制数转换成十进制数的最大值为255，用bcd码表示为1001010101，即输入8位，输出10位，所以rom得容量应为2×10位。
FPGA与CPLD技术
FPGA与CPLD技术【FPGA与CPLD技术】在现代科技领域中，电子器件逐渐发展为了实现更高性能和更多功能的需求。
FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）技术就是应对这一需求而应运而生的。
一、FPGA技术的应用FPGA是一类可现场编程的半导体芯片，其内部由逻辑单元、寄存器和可编程连线组成。
它具有灵活性高、易于调试、可动态重新配置等特点，因此广泛应用于不同的领域。
1. 通信领域：FPGA技术在通信领域中得到广泛应用。
它可用于实现高速数据传输、协议转换、信号处理等功能。
例如，FPGA可以被用于构建基站设备，实现无线网络的通信功能。
2. 图像与音频处理：FPGA技术在图像与音频处理方面发挥重要作用。
通过对FPGA的编程，可以实现图像的实时处理、特效增强、图像压缩等功能。
在音频领域，FPGA可以用于音频信号处理、音频编解码等应用。
3. 工业控制：FPGA可用于工业控制系统中，实现逻辑控制、数据采集和通信等功能。
它能够适应不同的工作环境和要求，如自动化生产线、机械控制等。
二、CPLD技术的特点和应用CPLD是另一种可编程逻辑器件，与FPGA相比具有一些独特的特点和应用。
1. 规模较小：相对于FPGA，CPLD的规模较小，通常适用于较简单的逻辑设计。
2. 响应速度快：CPLD的延迟时间相比FPGA较短，适合于对实时性要求较高的场合。
3. 低功耗：CPLD不需要硬件重新配置，因此功耗较低，适用于需要长时间运行的设备。
4. 应用领域：CPLD常用于电路板级和模块级设计，例如电源管理、时序控制等。
三、FPGA与CPLD技术的比较FPGA和CPLD在应用场景和性能方面存在一些区别。
1. 灵活性与复杂性：FPGA对于复杂逻辑的处理更加灵活，但CPLD更适合较简单逻辑的应用。
2. 面积与功耗：FPGA的逻辑单元规模较大，可以实现更复杂的功能，但功耗也相应较高。
而CPLD规模较小，功耗也相对较低。
3. 延迟时间：相比之下，CPLD的延迟时间较短，对于实时性要求较高的场景更加适用。
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（EEPROM）
快闪存储器（FLASH） …
双极型存储器：速度快，功耗大。
按元件
MOS型存储器：速度较慢，功耗小，集成度高。
引言
可编程逻辑器件
是一种新型的逻辑芯片。
在这种芯片上，用户使用专用的编程器和编程软件， 在计算机的控制下可以灵活地编织自己需要的逻辑程序。 有的芯片还可以多次编程、多次修改逻辑设计，甚至 可以先将芯片装配成产品，然后对芯片进行在系统编程， 大大简化了设计和生产流程。
W0 ~ WN-1分别为N个字单元的地址。 W0 ~ WN-1这N条线称为字线，即：地址选择线。
DM-1
读出电路 … …
存储输出 强调：任何情况下，只能有一 条字线被选中。
（2）地址的选择由地址译码器来完成。
…
…
… …
mN-1
… …
… … … …
N个字单元
… …
… …
WN-1
NM
…
D1 D0
7.1.1 ROM的结构框图
DM-1
读出电路 … …
存储输出
…
…
… …
mN-1
… …
… …
N个字单元
… …
… …
WN-1
NM
…
D1 D0
7.1.1 ROM的结构框图
A0 A1 m0 W0 W1
M位
一个字 单元
地 址 译 码 器
m1
… …
存储矩阵
An-1
地址输入
存储矩阵容量 N字×M位 存储容量越大，存储的信息愈多，存储 功能就愈强。
字线（选择线） A0 A1 m0 W0 W1
M位
一个字 单元
地 址 译 码 器
m1
… …
存储矩阵
Байду номын сангаас
An-1
地址输入
地址译码器 （1）有n位输入地址码（A0~An-1），组合出N （N＝2n ）个输出译码地址。 即：N个最小项，用m0~mN-1表示。
DM-1
读出电路 … …
（2） m0~mN-1对应于N条字 存储输出 线或N个字单元的地址 选择哪一条字线，决定于地 W0~WN-1 址码是哪一种取值。
1
存储输出
而另两个交叉点由于没有二极管，使位线 D3和D1均为低电平0。
存“0‖
0 1 0
1
7.1.2 ROM的工作原理
字线W0与位线有四 个交叉点，其中与 位线D0和D2交叉处 接有二极管。当选 中W0（为高电平） 字线时，两个二极 管导通，使位线D0 和D2为“1‖，这相 当于接有二极管的 交叉点存“1‖。
m1
… …
存储矩阵
An-1
地址输入
字数通常采用K、M、G为单位
DM-1
1K=210=1024 1M=220=1024K 1G=230=1024M
读出电路 … …
存储输出 强调：任何情况下，只能有一 条字线被选中。
…
…
… …
mN-1
… …
… … … …
N个字单元
… …
… …
WN-1
NM
…
D1 D0
引言
存储器 存储器的作用： 不仅能够大量存放数据、资料和运算程序等二进 制数码，而且可以大量存放文字、声音和图像等二元 信息代码。
引言
存储器分类：
随机存取存储器（RAM） 按功能 只读存储器（ROM） 可编程ROM 固定ROM 一次可编程ROM（PROM） 紫外线光可擦除可编程ROM （EPROM） 电可擦除可编程ROM
DM-1
读出电路 … …
存储输出
…
…
… …
mN-1
… …
WN-1
… …
…
…
NM
…
D1 D0
7.1.1 ROM的结构框图
A0 A1 m0 W0 W1
M位
一个字
地 址 译 码 器
m1
… …
存储矩阵
An-1
地址输入
数据和信息的表示 （1）是用若干位二进制数码表示； （2）这个二进制数码称为一个字，这个字的 位数称为字长，用M表示； （3）存储器以字为单位进行存储，即用一组 存储单元存放一个字。
W1 W2
W3
W3 A1 A0
地址译码器是一个 “与”逻辑阵列
A0
1
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
1
A1 地址输入
存储输出
7.1.2 ROM的工作原理
地址译码器
特点： （1）N取一译码：即N条 字线中，每次只能选中一
地址译码器 +U
W0
存储矩阵
W1 W2
码A1A0可译出四个不同
的地址 00，01，10和11， 即：最小项m0~m3。
W1 W2
W3
A0
1
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
1
A1 地址输入
存储输出
7.1.2 ROM的工作原理
地址译码器
四个地址的逻辑式分别为：
地址译码器 +U
W0
存储矩阵
W0 A1 A0 W1 A1 A0 W2 A1 A0
·存入信息后，即使断开电
源，所存信息也不会消失， 所以ROM也称固定存储器。
W1 W2
W3
A0
1
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
1
A1 地址输入
存储输出
7.1.2 ROM的工作原理
地址译码器
结构：图中是一个二极 管译码器，两位地址代
地址译码器 +U
W0
存储矩阵
（以二极管 ROM电路为例） 地址译码器 +U
W0
1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 8 12 16
存“1‖ 存储矩阵
W1 W2
地址输入 当W0为高电平1（其 A0
余字线均为低电平0） 时，两个二极管因正 偏而导通，使位线D2 A1 地址输入 和D0均为高电平；
1
W3
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
第七章 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列 7.1 只读存储器 7.2 随机存取存储器 7.3 复杂可编程逻辑器件
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本章教学目标
了解只读存储器ROM和随机存取存储器RAM
的结构和工作原理及功能的区别。
了解常用可编程逻辑器件在实际中的应用 会用可编程逻辑器件构成简单的逻辑函数。
地址译码器 +U
W0
存储矩阵
W1 W2
W3
A0
1
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
1
A1 地址输入
存储输出 图22.1.2二极管 ROM电路
7.1.2 ROM的工作原理
（3）存储内容： 地址译码器 +U
W0
存储矩阵
·存储单元存“0‖还是存
“1‖是在设计和制造时已确 定，不能改变；
…
…
… …
mN-1
… …
… … … …
WN-1
N个字单元
… …
… …
NM
…
D1 D0
7.1.1 ROM的结构框图
字线（选择线） A0 A1 m0 W0 W1
M位
一个字 单元
地 址 译 码 器
m1
… …
存储矩阵
An-1
地址输入
读出电路
强调：任何情况下，只能 有一条字线被选中。
DM-1
读出电路 … …
地址译码器 +U
W0
存储矩阵
W1 W2
W3
A0
1
字线 A0 A0 A1 A1 位线 D3 D2 D1 D0 读出电路
1
A1 地址输入
存储输出 图22.1.2二极管 ROM电路
7.1.2 ROM的工作原理
交叉点处没有接 二极管处，相当于存 “0‖；位线D1和D3为 “0‖，这相当于没接 有二极管的交叉点存 “0‖。
【例】试确定用ROM实现下列逻辑函数时所需的容量：
（1）实现两个3位二进制相乘的乘法器； （2）将8位二进制数转换成十进制数（用BCD码）的转换电 路。 解：（1）3位二进制数的范围000~111即0~7之间，相乘后结
果为0~49之间。
(49)10＝(110001)2，为6位数据，地址即为二个三位二进制的连 写，即为A2A1A0B2B1B0共有26个地址， 因此，ROM容量为：26×6。
【例】试确定用ROM实现下列逻辑函数时所需的容量：
（1）实现两个3位二进制相乘的乘法器； （2）将8位二进制数转换成十进制数（用BCD码）的转换电 路。 解：（2）8位二进制数最大为(11111111)2＝ ( 255)10＝
( 1001010101)8421BCD，因此数据位数为10位。
由于8位二进制数共有0~255个，即28，则地址数为28， 因此ROM容量为28×10。
【例】指出下列存储系统各具有多少个存储单元，至少需要 几根地址线和数据线。 （1）64K×1 （2）256K×4 （3）1M×4 （4）128K×8
【分析】数据线由每个单元的位数决定。地址线由存储单 元的多少决定。 解： （1）存储单元数： 64K×1＝64×1024×1＝216 地址线n＝log2 64K ＝log2216＝16条 数据线为1； （2）存储单元数： 256K×4＝ 256×1024×4＝220 地址线n＝log2256K＝ log2(256×1024) ＝ log2(28×210)＝ 18条 数据线为4；