存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列(第).ppt
第7章 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列,学习要点：半导体存储器的分类方法ROM、RAM的电路结构和工作原理CPLD和FPGA的基本结构,7.1 只读存储器（ROM）,7.2 随机存取存储器（RAM）,7.3 复杂可编程逻辑器件（CPLD）,7.4 现场可编程门阵列（FPGA）,第7章 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列,退出,7.1 只读存储器（ROM）,7.1.1 ROM的定义与基本结构,7.1.2 二维译码,7.1.3 可编程ROM,7.1.4 集成电路ROM,7.1.5 ROM的读操作与定时图,7.1.6 ROM应用举例,退出,存储器的分类,RAM：在工作时既能从中读出（取出）信息，又能随时 写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。,ROM：在工作时只能从中读出信息，不能写入信息，且断电后其所存信息在仍能保持。,根据使用功能不同，可分为：,根据存储机理不同，RAM又可分为：静态RAM（SRAM)和动态RAM(DRAM),ROM器件根据制造工艺不同分为：二极管ROM、双极型ROM和MOS型ROM,ROM器件根据存储内容的存入方式不同分为：固定ROM和可编程ROM(PROM),可编程ROM又可分为：一次可编程存储器PROM光可擦除可编程存储器EPROM电可擦除可编程存储器E2PROM快闪存储器(Flash Memory),IC卡、存储卡、U盘、MP3等,7.1.1 ROM的定义与基本结构,由大量存储单元构成的矩阵,用以决定访问哪个字单元,控制输出三态缓冲电路的状态,读出数据的通道,字线,位线,存储阵列,输出控制电路,ROM结构示意图,地址译码器,7.1.2 二维译码,0001,0001,0 0,0,0,0001,0001,用MOS管构成存储单元的ROM结构示意图,7.1.3 可编程ROM,ROM器件根据存储内容的存入方式不同分为：固定ROM和可编程ROM,可编程ROM又可分为：一次可编程存储器PROM（存储阵列由带金属熔丝的二极管构成）光可擦除可编程存储器EPROM（存储阵列由SIMOS管构成）电可擦除可编程存储器E2PROM（存储阵列由Flotox MOS管构成）快闪存储器（存储阵列由快闪叠栅MOS管构成）,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,7.1.4 集成电路ROM,AT27C010内部结构框图,AT27C010的工作模式,AT27C010的读操作定时图,7.1.5 ROM的读操作与定时图,地址存取时间,片选存取时间,输出使能时间,输出保持时间,输出失效时间,7.1.6 ROM应用举例,用ROM实现二进制码与格雷码相互转换电路,ROM中的内容,7.2 随机存取存储器（RAM）,7.2.1 静态随机存取存储器,退出,7.2.2 同步静态随机存取存储器,7.2.3 动态随机存取存储器,7.2.4 存储容量的扩展,7.2.1 静态随机存取存储器,1、SRAM的基本结构及输入输出,RAM的结构框图,SRAM的工作模式,2、SRAM存储单元,存储单元,S,R,Q,7.2.2 同步静态随机存取存储器,1、SSRAM的基本结构及工作原理,7.2.3 动态随机存取存储器,1、DRAM存储单元,动态存储单元及基本操作原理,2、DRAM的基本结构和操作时序,DRAM的基本结构,RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。RAM中的每个寄存器称为一个字，寄存器中的每一位称为一个存储单元。寄存器的个数（字数）与寄存器中存储单元个数（位数）的乘积，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位数的不同，RAM有多字1位和多字多位两种结构形式。在多字1位结构中，每个寄存器都只有1位，例如一个容量为10241位的RAM，就是一个有1024个1位寄存器的RAM。多字多位结构中，每个寄存器都有多位，例如一个容量为2564位的RAM，就是一个有256个4位寄存器的RAM。,容量为2564 RAM的存储矩阵,存储单元,1024个存储单元排成32行32列的矩阵,每根行选择线选择一行,每根列选择线选择一个字列,Y11，X21，位于X2和Y1交叉处的字单元可以进行读出或写入操作，而其余任何字单元都不会被选中。,地址的选择通过地址译码器来实现。地址译码器由行译码器和列译码器组成（即双译码结构）。行、列译码器的输出即为行、列选择线，由它们共同确定欲选择的地址单元。,2564 RAM存储矩阵中，256个字需要8位地址码A7A0。其中高3位A7A5用于列译码输入，低5位A4A0用于行译码输入。A7A0=00100010时，Y1=1、X2=1，选中X2和Y1交叉的字单元。,00010,1 0 0,输入/输出控制电路,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,1,1,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,7.2.4 存储容量的扩展,将地址线、读写线和片选线对应地并联在一起,输入输出（I/O）分开使用作为字的各个位线,位扩展,由8片1K1实现1K8,字扩展,输入输出（I/O）线并联,要增加的地址线A10A12与译码器的输入相连，译码器的输出分别接至8片RAM的片选控制端,由8片1K4实现8K4,随机存取存储器（RAM）可以在任意时刻、对任意选中的存储单元进行信息的存入（写入）或取出（读出）操作。与只读存储器ROM相比，RAM最大的优点是存取方便，使用灵活，既能不破坏地读出所存信息，又能随时写入新的内容。其缺点是一旦停电，所存内容便全部丢失。RAM由存储矩阵、地址译码器和输入输出控制电路组成。实际上RAM是由许许多多的基本寄存器组合起来构成的大规模集成电路。当单片RAM不能满足存储容量的要求时，可以把若干片RAM联在一起，以扩展存储容量，扩展的方法有位扩展和字扩展两种，在实际应用中，常将两种方法相互结合来达到预期要求。,本节小结,
