第七章大规模数字集成电路
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– 早期的可编程逻辑器件都是由“与阵列”和 “或阵列”构成的。与阵列就是一系列多输入 与门，用来产生乘积项或者最小项；或阵列就 是一系列或门，用来将乘积项组合成与或表达 式。 实现各种组合电路。
– 如果加上触发器，就可以实现各种时序电路。
大规模集成电路概述
• PLD电路的表示方法
–由于PLD的阵列规模大,它的与门和或门的表示 方法和传统的表示方法不同。
• 阵列图是用来描述PLD内部元件连 接关系的一种特别的逻辑图。
F1 = I1 I 2 + I1 I 2 I 3 I 4 F2 = I1 I 3 + I1 I 3 I 4 + I 2 F3 = I1 I 2 + I1 I 3 + I1 I 2 I 4
大规模集成电路概述
• 到20世纪80年代，开始推出两种规模更大， 使用效率更高的可编程逻辑器件：
– PLD的连接表示法：
固定连接
编程连接
未连接
大规模集成电路概述
• PLD中与门,或门及简化与门的表示方法：
大规模集成电路概述
• 与-或阵列构成的可编程逻辑器件
如果与 或门、 输或入门连 的接 输 可入都以可改以变， 称改为变与 或 ，阵 称 列为可与编-或程阵。 列都可编 程。
大规模集成电路概述
– 随机存储器是随时可以按地址进行读写的存储 器，读写的速度比较快。
– 只读存储器工作时一般只读出数据。但是，现 在的许多只读存储器也是经常可以改写数据的， 但是速度较慢，而且不能按指定地址直接改写， 往往是要先擦除再写入。和随机读写的工作方 式还是有区别。
存储器
• 随机存储器
– 存储矩阵由许多存储单元组成，存储器的容量 由存储单元的数目和每个存储单元的数据位数 来决定。
– 复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device)
– 现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）
– 它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度 高以及适用范围宽等特点。成为现在广泛使用 的可编程逻辑器件。
大规模集成电路概述
存储器
• ROM的分类
第 七大 章规
模 数 字 集 成 电 路
大规模集成电路概述
• 按我国的国家标准，大规模数字集成电路 的分类：
大规模集成电路概述
• 专用集成电路的分类
– 全定制集成电路 ：由制造厂家，按用户提出的逻辑要 求,针对某种应用而专门设计和制造的集成电路芯片。 只有当芯片生产的数量相当大的时候，才会使用这种 设计方法。
– 半定制集成电路 ：由制造厂家按照一定的标准完成器 件的布局和制造，也就是给用户提供集成电路的半成 品 ，再根据用户提出的要求，进行布线设计和连线， 成为具体的产品。
– 半定制集成电路有两种基本的形式：基于门阵列的电 路和基于标准单元的电路。
大规模集成电路概述
• 可编程逻辑器件
– 可 编 程 逻 辑 器 件 (Programmable Logic Device 简称PLD)就是一种由用户编程实现某 种逻辑功能的半定制集成电路。
• 动态存储元的优点是元件少、功耗低，成 本低，适合于构成大容量存储器，缺点是 需要进行周期性刷新，使得动态存储器的 工作速度受到一定的影响。
存储器
• 只读存储器ROM
– 只读存储器的整体结构和RAM的结构相似，也 是由译码电路、存储矩阵和读写电路构成。
– 具体的存储结构有很大区别
由于译码器是与 门结构，存储单 元是由或非门构 成，逻辑上看成 或门。所以ROM 可以看出是与阵 列固定，或阵列 可编程的PLD。
– 译码器对输入地址译码，n位地址可访问2n个 存储单元。
– 读写电路完成存储器和其他电路的连接。
百度文库 存储器
• 静态随机存储器
– T1~T4构成触发器 ， 存储一位信息；
– T5T6是传输门，由译 码器输出控制，选择 读写单元；
– T7T8也受译码输出控 制；
– K1~K5构成双向数据 缓冲器，控制读、写。
• PLD的分类 • 按与或阵列可编程性分类
–与阵列固定,或阵列可编程的PLD，可擦除可编 程只读存储器EPROM即属于此类PLD。
–与 或 阵 列 均 可 编 程 的 PLD ， 就 是 一 般 所 说 的 PLA器件。
–与阵列可编程,或阵列固定的PLD，可编程阵列 逻辑(PAL),通用阵列逻辑(GAL)等均属于此类 PLD。
大规模集成电路概述
• 按集成度分类
–低密度可编程逻辑器件(LDPLD) ，集成度小于 1000门/每片的可编程逻辑器件，PAL和GAL 属于此列。
–高密度可编程逻辑器件(HDPLD)，集成度大 于1000门/每片。复杂的可编程逻辑器件CPLD 和现场可编程门阵列FPGA都属于HDPLD。
大规模集成电路概述
存储器
• 动态随机存储器
– 动态随机存储器利用一个 MOS 管 和 一 个 电 容 就 可 以存储一位信息。
– 选择线受地址译码器的输出控制。 – 电容上存储的信息并不能保持很长的时间。为
了信息能长期保存，要对电容定期的进行充电， 以防止信息的丢失。这种操作称为动态存储器 的刷新。
存储器
• 静态存储元的优点是使用方便，不需定期 刷新，工作速度较快。但是每位存储元需 要的MOS管多，集成度低，成本高，只能 用于小容量存储器。
大规模集成电路概述
• PLD的性能特点：
–减小系统体积 –增强了逻辑设计的灵活性 –提高了系统的处理速度和可靠性 –缩短了设计周期,降低了系统成本 –系统可以具有加密功能
存储器
• 存储器从应用的角度分为两大类：随机存 储器RAM（Random Access Memory） 和 只 读 存 储 器 ROM （ Read Only Memory）。
• 按编程工艺分类
– 熔丝或反熔丝编程器件。通过熔丝的连接或断 开实现连接编程。属于一次性编程。
– 浮栅编程器件。采用悬浮栅储存电荷的方法来 保存数据。通过注入或擦除悬浮栅的电子来实 现编程。属于非易失可重复擦除器件 。
– 静态存储器(SRAM)编程器件。将决定系统逻 辑功能和互连的配置数据存储在SRAM，并由 此决定PLD的连接。每次开机都要将保存好的 配置数据加载到SRAM，器件才可以工作。
– 如果加上触发器，就可以实现各种时序电路。
大规模集成电路概述
• PLD电路的表示方法
–由于PLD的阵列规模大,它的与门和或门的表示 方法和传统的表示方法不同。
• 阵列图是用来描述PLD内部元件连 接关系的一种特别的逻辑图。
F1 = I1 I 2 + I1 I 2 I 3 I 4 F2 = I1 I 3 + I1 I 3 I 4 + I 2 F3 = I1 I 2 + I1 I 3 + I1 I 2 I 4
大规模集成电路概述
• 到20世纪80年代，开始推出两种规模更大， 使用效率更高的可编程逻辑器件：
– PLD的连接表示法：
固定连接
编程连接
未连接
大规模集成电路概述
• PLD中与门,或门及简化与门的表示方法：
大规模集成电路概述
• 与-或阵列构成的可编程逻辑器件
如果与 或门、 输或入门连 的接 输 可入都以可改以变， 称改为变与 或 ，阵 称 列为可与编-或程阵。 列都可编 程。
大规模集成电路概述
– 随机存储器是随时可以按地址进行读写的存储 器，读写的速度比较快。
– 只读存储器工作时一般只读出数据。但是，现 在的许多只读存储器也是经常可以改写数据的， 但是速度较慢，而且不能按指定地址直接改写， 往往是要先擦除再写入。和随机读写的工作方 式还是有区别。
存储器
• 随机存储器
– 存储矩阵由许多存储单元组成，存储器的容量 由存储单元的数目和每个存储单元的数据位数 来决定。
– 复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device)
– 现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）
– 它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度 高以及适用范围宽等特点。成为现在广泛使用 的可编程逻辑器件。
大规模集成电路概述
存储器
• ROM的分类
第 七大 章规
模 数 字 集 成 电 路
大规模集成电路概述
• 按我国的国家标准，大规模数字集成电路 的分类：
大规模集成电路概述
• 专用集成电路的分类
– 全定制集成电路 ：由制造厂家，按用户提出的逻辑要 求,针对某种应用而专门设计和制造的集成电路芯片。 只有当芯片生产的数量相当大的时候，才会使用这种 设计方法。
– 半定制集成电路 ：由制造厂家按照一定的标准完成器 件的布局和制造，也就是给用户提供集成电路的半成 品 ，再根据用户提出的要求，进行布线设计和连线， 成为具体的产品。
– 半定制集成电路有两种基本的形式：基于门阵列的电 路和基于标准单元的电路。
大规模集成电路概述
• 可编程逻辑器件
– 可 编 程 逻 辑 器 件 (Programmable Logic Device 简称PLD)就是一种由用户编程实现某 种逻辑功能的半定制集成电路。
• 动态存储元的优点是元件少、功耗低，成 本低，适合于构成大容量存储器，缺点是 需要进行周期性刷新，使得动态存储器的 工作速度受到一定的影响。
存储器
• 只读存储器ROM
– 只读存储器的整体结构和RAM的结构相似，也 是由译码电路、存储矩阵和读写电路构成。
– 具体的存储结构有很大区别
由于译码器是与 门结构，存储单 元是由或非门构 成，逻辑上看成 或门。所以ROM 可以看出是与阵 列固定，或阵列 可编程的PLD。
– 译码器对输入地址译码，n位地址可访问2n个 存储单元。
– 读写电路完成存储器和其他电路的连接。
百度文库 存储器
• 静态随机存储器
– T1~T4构成触发器 ， 存储一位信息；
– T5T6是传输门，由译 码器输出控制，选择 读写单元；
– T7T8也受译码输出控 制；
– K1~K5构成双向数据 缓冲器，控制读、写。
• PLD的分类 • 按与或阵列可编程性分类
–与阵列固定,或阵列可编程的PLD，可擦除可编 程只读存储器EPROM即属于此类PLD。
–与 或 阵 列 均 可 编 程 的 PLD ， 就 是 一 般 所 说 的 PLA器件。
–与阵列可编程,或阵列固定的PLD，可编程阵列 逻辑(PAL),通用阵列逻辑(GAL)等均属于此类 PLD。
大规模集成电路概述
• 按集成度分类
–低密度可编程逻辑器件(LDPLD) ，集成度小于 1000门/每片的可编程逻辑器件，PAL和GAL 属于此列。
–高密度可编程逻辑器件(HDPLD)，集成度大 于1000门/每片。复杂的可编程逻辑器件CPLD 和现场可编程门阵列FPGA都属于HDPLD。
大规模集成电路概述
存储器
• 动态随机存储器
– 动态随机存储器利用一个 MOS 管 和 一 个 电 容 就 可 以存储一位信息。
– 选择线受地址译码器的输出控制。 – 电容上存储的信息并不能保持很长的时间。为
了信息能长期保存，要对电容定期的进行充电， 以防止信息的丢失。这种操作称为动态存储器 的刷新。
存储器
• 静态存储元的优点是使用方便，不需定期 刷新，工作速度较快。但是每位存储元需 要的MOS管多，集成度低，成本高，只能 用于小容量存储器。
大规模集成电路概述
• PLD的性能特点：
–减小系统体积 –增强了逻辑设计的灵活性 –提高了系统的处理速度和可靠性 –缩短了设计周期,降低了系统成本 –系统可以具有加密功能
存储器
• 存储器从应用的角度分为两大类：随机存 储器RAM（Random Access Memory） 和 只 读 存 储 器 ROM （ Read Only Memory）。
• 按编程工艺分类
– 熔丝或反熔丝编程器件。通过熔丝的连接或断 开实现连接编程。属于一次性编程。
– 浮栅编程器件。采用悬浮栅储存电荷的方法来 保存数据。通过注入或擦除悬浮栅的电子来实 现编程。属于非易失可重复擦除器件 。
– 静态存储器(SRAM)编程器件。将决定系统逻 辑功能和互连的配置数据存储在SRAM，并由 此决定PLD的连接。每次开机都要将保存好的 配置数据加载到SRAM，器件才可以工作。