《集成电路》PPT课件

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1、概述,第 9 章大规模集成电路,本章小结,随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),主要要求：,了解 ROM 的类型和结构，理解其工作原理。,了解集成 EPROM 的使用。,理解字、位、存储容量等概念。,9.1只读存储器,了解半导体存储器的作用、类型与特点。,例如计算机中的自检程序、初始化程序便是固化在 ROM 中的。计算机接通电源后，首先运行它，对计算机硬件系统进行自检和初始化，自检通过后，装入操作系统，计算机才能正常工作。,二、半导体存储器的类型与特点,RAM 既能读出信息又能写入信息。它用于存放需经常改变的信息，断电后其数据将丢失。常用于存放临时性数据或中间结果。,例如 计算机内存

2、就是 RAM,ROM 在工作时只能读出信息而不能写入信息。它用于存放固定不变的信息，断电后其数据不会丢失。常用于存放程序、常数、表格等。,一、半导体存储器的作用,存放二值数据,按数据写入方式不同分,一、ROM 的类型及其特点,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。,其存储数据在制造时确定，用户不能改变。用于批量大的产品。,其存储数据由用户写入。但只能写一次。,写入的数据可用紫外线擦除，用户可以多次改写存储的数据。,二、ROM 的结构和工作原理,4 4 二极管 ROM 的结构和工作原理动画演示,(一) 存储矩阵,由存储单元按字 (Word)和位(Bit)构成的距阵,由存储距阵

3、、地址译码器(和读出电路)组成,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。,当某字线被选中时，相应存储单元数据从位线 D3 D0 输出。 单击鼠标请看演示,10 1 1,10 1 1,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。,W3,1. 存储矩阵的结构与工作原理,2. 存储容量及其表示,用“M”表示“1024 K”，即 1 M = 1024 K = 210 K = 220 。,2. 存储容量及其表示,指存储器中存储单元的数量,例如，一个 32 8 的 ROM，表示它有 32 个字， 字长为 8 位，存储容量是 32

4、 8 = 256。,对于大容量的 ROM常用“K”表示“1024”，即 1 K = 1024 = 210 ；,例如，一个 64 K 8 的 ROM，表示它有 64 K 个字， 字长为 8 位，存储容量是 64 K 8 = 512 K。,一般用“字数 字长(即位数)”表示,3. 存储单元结构,3. 存储单元结构,(1) 固定 ROM 的存储单元结构,(2) PROM 的存储单元结构,PROM 出厂时，全部熔丝都连通，存储单元的内容为全 1(或全 0) 。用户可借助编程工具将某些单元改写为 0 (或 1) ,这只要将需储 0(或 1)单元的熔丝烧断即可。,熔丝烧断后不可恢复，因此 PROM 只能一

5、次编程。,(3) 可擦除 PROM 的存储单元结构,EPROM 利用编程器写入数据，用紫外线擦除数据。其集成芯片上有一个石英窗口供紫外线擦除之用。芯片写入数据后，必须用不透光胶纸将石英窗口密封，以免破坏芯片内信息。 E2PROM 可以电擦除数据，并且能擦除与写入一次完成，性能更优越。,用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。,刚才介绍了ROM中的存储距阵， 下面将学习ROM中的地址译码器。,(二)地址译码器,(二) 地址译码器（P264）,从 ROM 中读出哪个字由地址码决定。地址译码器的作用是：根据输入地址码选中相应的字线，使该字内容通过位线输出。,例如，某 ROM 有 4 位地址码，则可选择

6、 24 = 16 个字。 设输入地址码为 1010，则字线 W10 被选中，该 字内容通过位线输出。,存储矩阵中存储单元的编址方式,适用于小容量存储器。,适用于大容量存储器。,又称单译码编址方式或单地址寻址方式,1. 单地址译码方式,一个 n 位地址码的 ROM 有 2n 个字，对应 2n 根字线，选中字线 Wi 就选中了该字的所有位。,32 8 存储矩阵排成 32 行 8 列，每一行对应一个字，每一列对应 32 个字的同一位。32 个字需要 5 根地址输入线。当 A4 A0 给出一个地址信号时，便可选中相应字的所有存储单元。,例如，当 A4 A0 = 00000 时，选中字线 W0，可将 (

7、0，0) (0，7) 这 8 个基本存储单元的内容同时读出。,基本单元为 存储单元,又称双译码编址方式或双地址寻址方式,地址码分成行地址码和列地址码两组,2. 双地址译码方式,基本单元为字单元,例如 当 A7 A0 = 00001111 时，X15 和 Y0 地址线均 为高电平，字W15 被选中，其存储内容被读出。,若采用单地址译码方式，则需 256 根内部地址线。,256 字存储器需要 8 根地址线，分为 A7 A4 和 A3 A0 两组。A3 A0 送入行地址译码器，产生 16 根行地址线 ( Xi ) ； A7 A4 送入列地址译码器，产生 16 根列地址线 ( Yi ) 。存储矩阵中的

8、某个字能否被选中，由行、列地址线共同决定。,三、集成 EPROM 举例,27 系列 EPROM 是最常用的 EPROM，型号从 2716、2732、2764 一直到 27C040。存储容量分别为 2K 8、4K 8一直到 512K 8。下面以 Intel 2716 为例，介绍其功能及使用方法。,A10 A0 为地址码输入端。,D7 D0 为数据线，工作时为数据输出端，编程时为写入数据输入端。,VCC 和 GND：+5 V 工作电源和地。,VPP 为编程高电平输入端。编程时加 +25 V 电压，工作时加 +5 V 电压。,(一) 引脚图及其功能,存储容量为 2 K 字,主要要求：,了解 RAM

9、的类型、结构和工作原理。,了解 RAM 和 ROM 的异同。,9.3 随机存取存储器,一、RAM 的结构、类型和工作原理,RAM 分类,DRAM 存储单元结构简单，集成度高，价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较慢，且需要刷新及读出放大器等外围电路。,DRAM 的存储单元是利用 MOS 管具有极高的输入电阻，在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的。由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性地对存储数据进行刷新。,SRAM 存储单元结构较复杂，集成度较低，但速度快。,二、集成 RAM 举例,A0 A9 为地址码输入端。,4 个 I/O 脚为双向数据线，用于读出或写入数据。,VDD 接 +5 V

10、。,信号与 TTL 电平兼容。,主要要求：,了解可编程逻辑器件的基本结构与类型。,9.2可编程逻辑器件简介,一、可编程逻辑器件的概念与特点,是由编程来确定其逻辑功能的器件。 Programmable Logical Device，简称 PLD,二、可编程逻辑器件的基本结构,二、可编程逻辑器件的基本结构,输入缓冲电路用以产生输入变量的原变量和反变量，并提供足够的驱动能力。,由多个多输入与门组成，用以产生输入变量的各乘积项。,二、可编程逻辑器件的基本结构,由多个多输入与门组成，用以产生输入变量的各乘积项。,二、可编程逻辑器件的基本结构,由多个多输入或门组成，用以产生或项，即将输入的某些乘积项相加。

11、,二、可编程逻辑器件的基本结构,由 PLD 结构可知，从输出端可得到输入变量的乘积项之和，因此可实现任何组合逻辑函数。再配以触发器，就可实现时序逻辑函数。,二、可编程逻辑器件的基本结构,(一) 按可编程部位分类,PROM、PAL 和 GAL 只有一种阵列可编程，称为半场可编程逻辑器件，PLA 的与阵列和或阵列均可编程，称为全场可编程逻辑器件。,三、可编程逻辑器件的类型,目前多用 GAL。因为 GAL 可重复编程、工作速度高、价格低、具有强大的编程工具和软件支撑，并且用可编程的输出逻辑宏单元取代了固定输出电路，因而功能更强。,通常简称HDPLD,阵列型 HDPLD 主要优点：速度快，实现数据处理

12、能力强； FPGA 主要优点：容量大，实现逻辑控制的能力强。,集成度 1000门的PLD称为HDPLD,(二) 按集成密度分类,Field Programmable Gate Array，简称 FPGA 。,PROM、PLA、PAL 和 GAL 均属低密度 PLD。,ISP 器件由于密度和性能持续提高，价格持续降低，开发工具不断完善，因此正得到越来越广泛的应用。,普通 PLD 需要使用编程器进行编程，而 ISP 器件不需要编程器。,(三) 按编程方式分类,即 In - System Programmable PLD (简称 ispPLD),半导体存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可存储一位

13、二进制数 。根据存取功能的不同，半导体存储器分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，两者的存储单元结构不同。ROM 属于大规模组合逻辑电路，RAM 属于大规模时序逻辑电路。,本 章 小 结,ROM 用于存放固定不变的数据，存储内容不能随意改写。工作时，只能根据地址码读出数据。断电后其数据不会丢失。ROM有固定 ROM(又称掩膜 ROM) 和可编程 ROM之分。固定 ROM 由制造商在制造芯片时，用掩膜技术向芯片写入数据，而可编程 ROM 则由用户向芯片写入数据。可编程 ROM 又分为一次可编程的 PROM 和可重复改写、重复编程的 EPROM 和 E2PROM。EPROM 为电写入

14、紫外擦除型，E2PROM 为电写入电擦除型，后者比前者快捷方便。可编程 ROM 都要用专用的编程器对芯片进行编程。,RAM 由存储矩阵、译码器和读/写控制电路组成。它可以读出数据或改写存储的数据，其读、写数据的速度很快。因此，RAM 多用于需要经常更换数据的场合，最典型的应用就是计算机中的内存。但是， RAM 断电后数据将丢失。,RAM 可位扩展或字扩展，也可位、字同时扩展。通过扩展，可由多片小容量的 RAM 构成大容量的存储器。,RAM 有静态 RAM和动态 RAM 之分。静态 RAM(即SRAM)的存储单元为触发器，工作时不需刷新，但存储容量较小。动态 RAM(即 DRAM)的存储单元是利用 MOS 管具有极高的输入电阻( 1010 )、在栅极电容上可暂存电荷的特点来存储信息的，由于栅极电容存在漏电，因此工作时需要周期性的对存储数据进行刷新。,作业： P269 一 1、2、3、4 5、6、7、8、10,