数字电子技术基础(第三版 周良权)8

8.1.1 固定ROM
半导体存储器和可编程逻辑器件
地址输入线n根，又称 地址码。
相应的地址码的字线
每一根字线对应地存放一个 8位二进制数码，也就是这个字母的地 例如有 A9 ~ A0 10根地址线（ n=10)，通过地址译码器译 n 10 8位二进制数称为一个字。通常把一个字 址所指定存放的数，这个 字线 Wi的下标 i即对应的是地址码的十进制数。当该字线 出字线 根，为 W0 ~ W1023 若 A9 ~ A0 m 2 2 1024 中所含的位数称为字长。位数可以 1位、4位、8位、16位和32位等。 i出高电平1，其余字线为低电平 被选中， W 的地址选择为1100000000，则i=768，译出W768=1，其 把8位数的字称为一个字节。4位为半个字节，16位称为两个字节。 余字线为0 把输出位数的线称为位线。
半导体存储器和可编程逻辑器件 输出 当 CS 为0时，必须 PD / PGM 石英 也为0，数据才可输出。
玻璃 盖板
构成128 16 8位的存储单元矩阵
EPROM2716逻辑结构图
工作方式
读 出
EPROM2716引脚排列图
VDD
+5V +5V +5V 1 0 1 +25V +25V +25V
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8.2.1 RAM的电路结构和工作原理
一、六管静态存储单元电路
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T1 ~ T6
T1 ~ T6 MOS管组成 存储单元由 一列存储单元公用的门控 管T7、 T8由列选择线 Yj 控制。 T1 ~ T4 构成RS触发器双稳 态电路，存储1位二值信息0 T ~T 或1
5 6
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二、2114型静态RAM介绍
行地址线
64根行选择线
16根列选择线
一个六管
电路结构图
半导体存储器和可编程逻辑器件 三、三管动态存储单元 T1、T3构成门控管 写操作时 读操作时 存储单元以T2和C 为主组成 =1， Xi i 均为1，T T5 R/W 信息存储于 C 中。当电容中 X i Yi均为 1， TY 1 T4导通。 3 导通。 充有一定电荷时， T2G 导通， =0，G2被封锁， 1打开。 R/W ；当电荷 此时当 C送入刷新电路，在 上有电荷 0 ，使 T2导通时， D1表示存储信息为 经T4 G3 门 1 少或是没有， T 不能导通， 则 T 漏极为 0 信息，经 T 管通过 T 2 2 3 5 输出为 D1反相信号。 表示存储信息为 管输出 DO = 0。若1 C。 上无电荷输 如果D1 =1，则T1 传送0 信号， 出为1。 0 电容C 放电；若相反传送1 信号， 电容C 充电。即分别存储1和0信 息。 1 若读位线为 0 ，G1输出也为0 ， 使“写”位线为1，对C充电进 行刷新。 动态RAM特点：要在读出过程 中进行刷新存储单元的操作。
一、二极管掩模ROM
地 址 线
片选信号控制与门电路,为0时译 选中为1 码器工作,表示该片ROM被选中， 可以输出存储内容。 被选中
4×4掩模ROM
1001
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二、4×4 掩模 ROM 结构及电路存储内容
4×4掩模ROM电路存储内容 地址输入 A1 A0 0 0 1 1
4×4掩模ROM
Ai Bi AC i i 1 Bi Ci 1
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上述两个与或表达式可用二极管固定 ROM 来实现。把输入变量Ai、Bi、 Ci-1看作ROM中的地址码A2、A1、A0，而把输出变量Si、Ci看作 ROM 的输 出数据D1、D0，如图所示。 即为如图所示的二极管与门电路
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二、电可擦除可编程只读存储器（E PROM）
写入的数据可电擦除，用户可以多次改写存储的数据。使用 方便。
2
当写入时，只需置 CE = 0， WE = 0， = 1，READY = 1 加入地址码和 存入数码即可。
OE
读出时置 OE =0， CE =0，WE =1， READY 为任意，可输出对应地址码 的存储数据。
D7 ~ D 0
输出 高阻 高阻 输入 输出 高阻
PD / PGM
0 0 1 50ms正脉冲 0 0
CS
VCC
VSS
说
明
0 1
CS =0有效，作输出端
Di 呈高阻状态
功耗由525mV降到132mV
禁止输出 功率下降 编 程
+5V
0V
Di 作输入端 Di 作输出端 Di 端呈高阻状态
编程检验 编程禁止
0 0 0
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8.2.2 RAM存储容量的扩展方法
一、位数的扩展 为 0时 二、字数的扩展
为1时
A11
读写控制线并联
工作有输出
使字线1K扩展为2K 片选信号并联
输出字总位数 工作有输出
A11
扩展8位
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8.3
可编程逻辑阵列器件
只读存储器ROM由地址译码器和组成矩阵形式的 存储单元构成。 ROM中的地址译码器也可用存储单元组成的矩阵 电路构成，这样的电路可以用来表示组合逻辑电路的 最小项与或表达式，如果将其输出给触发器再反馈到 输入端，还可实现时序逻辑电路的功能。 由用户自己根据要求来编程存入信息，构成了专用 集成逻辑器件，称为可编程逻辑器件（PLD）
与或逻辑表达式为：
C i m (3, 5, 6, 7) Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1
Si m (1, 2, 4, 7) Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1 Ai Bi C i 1
关系。PLA与PAL、GAL电路结构的区别、ISP-PLD的工作性能特点 及FPGA电路结构特点。 会计算：半导体存储器的存储容量。
会换算：RAM存储容量字扩展和位扩展的电路及其连线。
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一、 半导体存储器的作用 二、 半导体存储器的特点
存放二值（0、1）数据 集成度高、体积小、存储信息 容量大、工作速度快。
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字线与位线的交叉点即为存储单元。每个存储单 元可以存储 1 位二进制数（0、1）
存储器中总的存储单元的数量称为存储容量。
一个存储体总的存储容量用字线数m×位线数表示。 从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字 中含有的存储单元数称为字长，即字长 = 位数。
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第8章
半导体存储器和可编程逻辑器件
只读存储器(ROM) 随机存取存储器(RAM) 可编程逻辑器件(PLD)
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本章教学基本要求
要知道：只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的逻辑功能 和两者性能的区别、存储器地址译码器的功能、地址输入线的地址码与 字线Wi下标 i 数值的关系；字线、位线、存储单元，字长、字节的含义。 掩膜 ROM 和可编程 ROM(PROM) 功能及其存储单元电路的区别。 PROM的三种类型及其工作性能的区别。RAM中两类电路存储单元结 构的区别。 PLD基本电路结构中的与阵列和或阵列的功能与半导体存储器的
2817E2ROM引脚图
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三、快闪存储器（Flash Memory）
快闪存储器采用类似于EPROM单管叠栅MOS管结构的存储单元，其 浮置栅与衬底间氧化层厚度更薄，且栅、源区面积较小，为新一代用电
信号擦除的可编程ROM。它具有结构简单、编程可靠、擦除快捷的特性，
而且集成度可以很高，又能在线擦除。但是它不能像E PROM那样按字 节擦除，只能全片擦除。 快闪存储器还具有成本低、使用方便等优点，可取代大容量的 EPROM 和 E PROM。有不少笔记本个人计算机已使用这种存储器，其
32×32=1024
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用1k×1位ROM组成1k×8位ROM
一片1K×1位存储器芯片
共 8片
得到1K×8位存储器
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8.1.2 可编程ROM(PROM)
PROM 的结构原理图如下
三级管 其存储数据由用户写入。一旦写入就无法修改，只能写一次。 正常读数时，字线被选中后，对于有熔丝的存储单元其读出放 当要写入信息时，要先输入相应的地址码，使相应的 存储单元（快速熔丝） 反相器输出低电平，使相应的熔丝烧断。 大器输出的高电平不足以使稳压管导通，反相器截止，而输出 的字线被选中为高电平。 为1。而无熔丝输出为0。 位线 若熔丝被烧断表示存储单元信息为0，不烧断为1。
对要写入0的位线上加入高电压脉冲，使该 位线上读写放大器中稳压管导通。
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8.1.3 可擦除可编程 ROM(EPROM)
一、光可擦除的可编程只读存储器（EPROM）
由用户自己写入信息，如果需要修改只要擦除原先存 用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。 入的信息，再行重写。
控制栅g用于控制其下内部的浮置栅G1用于存储信息1或0 在漏、源极间加高电压+25V，使之产生雪崩击穿。同时，在 控制栅g上加幅度为+25V、宽度为50 ms左右的正脉冲，这样， 在栅极电场作用下，高速电子能穿过SiO2,在浮置栅上注入负电 荷，使单元管开启电压升高，控制栅在正常电压作用下，管子 仍处于截止。该单元编程为0。
1 6
5 T6 6 T5 Xi 控制。 、T 由行选择线 为存储单元门控管， T 起模拟开关作用，控制 Q Q 当 、T 导通， = 1， T5 触发器输出端 RS Q与 QB B 8 i导通，若为 当Yj = 1时，使 T7、 ，就截止 TX 06 。 T 、T 位线接通；当 Xi位线的联系。 = 0，T5、T6 截止， 与B B 则联系切断。 门电路 G1 ~ G5 读/写控制电路，I/O端为输 入 /输出双向传输线的信号端，信息由此写 等于 1不可工作，等于0可工作 入或读出。
2 2
使用还会扩大到数字音响、数字记录以及计算机软磁盘、硬磁盘和移动
硬盘及U盘，MP3、MP4等领域。
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8.2 随机存取存储器
随机存取存储器(RAM，即Random Access Memory) RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构成， 是时 序逻辑电路。RAM 工作时能读出，也能写入。读或写由读 / 写控制电路进行控制。 RAM 掉电后数据将丢失。 静态 RAM(即 Static RAM，简称 SRAM) RAM 分类 在读出过程中进行刷新存储单元 动态 RAM(即 Dynamic RAM，简称 DRAM)
字 Wi
线
位 输 出 D3 D2 D 1 D0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 0 1
W0 = 1 W1 = 1 W2 = 1 W3 = 1
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负载管等 三、MOS管掩模ROM 效于电阻 有MOS管所以为1
无MOS管为0
1k×1位MOS掩模 ROM
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8.3.1 PLD基本电路的结构、功能与习惯表示法
我们已知，任意组合逻辑电路均可用最小项与或式或者简化的 与或式表示。下表为全加器的真值表。 最小项 m0 m1 m2 m3 输入 Ai Bi Ci-1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 输出 Ci Si 0 0 0 1 0 1 1 0 最小项 m4 m5 m6 m7 Ai 1 1 1 1 输入 Bi Ci-1 0 0 0 1 1 0 1 1 输出 Ci Si 0 1 1 0 1 0 1 1
D1 D2 D3 实现与的逻辑式：
m0 Ai Bi Ci 1
D4—D7组成或逻辑电路：
Ci m3 m5 m6 m7
简化表示的与、或阵列
可编程逻辑器件是一种功能特殊的大规模集成电 路，可由用户定义和设置逻辑功能，取代中小规模的 标准集成逻辑器件并创造大型复杂的数字系统，具有 结构灵活、集成度高、和可靠性高等特点。
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8.1 只读存储器(ROM) 只读存储器的特点：
只读存储器用来存储二值信息代码，其数据一旦写入， 在正常工作时，只能重复读取所存内容，而不能改写。 存储器内容在断电后不会消失，具有非易失性。