存储器与可编程逻辑器件.doc

第14章存储器与可编程逻辑器件
本章将主要介绍各种半导体存储器的功能﹑组成及其工作原理。内容有存储器的概念,随机和只读存储器的功能、结构与应用,可编程逻辑器件的结构、工作原理、功能与应用。
半导体存储器概述
半导体存储器是一种能存储大量信息的器件,它是由许多存储单元组成的。每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分,而且能存储一位(或一组)二进制信息,半导体存储器是目前应用最广泛的存储器件。
存储器的技术指标
存储容量、存取时间是存储器的两个主要技术指标。
1. 存储容量
存储容量表示存储器存放二进制单元的多少,一般来说,存储容量就是存储单元的总数,
一组二进制信息称为一个字,而一个字由若干位(Bit)组成,若一个存储器由N个字组成,每个字为M位,则存储器的容量为N×M,单位是二进制的位。例如一个存储单元有1K字,每个字的字长是4位,则该存储器的容量是4096位二进制单元。
存储容量越大越好,目前动态存储器的容量已经达到109位/片。
2. 存取周期
存储器的性能基本上取决于从存储器读出信息和把信息写入存储器的速率。
存储器的存取速度用存取周期或读写周期来表征,把连续两次读(写)操作间隔的最短时间称为存取周期。存取周期越短越好,目前高速随机存储器的存取周期仅10ns左右。
半导体存储器的分类
半导体存储器的种类很多,从信息的存取情况来看,半导体存储器可分为随机存储器和只读存储器两大类。
随机存储器在正常工作状态下可以随机地向存储器任意存储单元写入数据或从任意存储单元读出数据,其英文名称为:Random Access Memory,缩写为RAM。在断电后,RAM中的信息会丢失。
只读存储器在正常工作时,存储器中的数据只能读出,不能写入。只读存储器的英文名称为:Read Only Memory,缩写为ROM。在断电后,ROM中的信息不会丢失。
从电路的器件构成情况来看,半导体存储器可分为双极型和MOS型两大类。MOS型随机存储器又可分为静态存储器和动态存储器两种。ROM根据制造工艺的不同也可分为多种。
目前市面上的存储器:
MROM,内容是工厂预先做好的,用户不能改写的只读存储器。
PROM,可以一次编程的只读存储器。
EPROM,可用紫外线擦除的可改写的只读存储器,
E2ROM,电擦除的可改写的只读存储器。
SROM,静态存储器。
DROM,动态存储器。
非易失性RAM,由SRAM和E2ROM组成,正常工作时,用SRAM存取,当断电时数据转移到E2ROM中。
高速数据不挥发SRAM,采用锂电池供电,数据可以保持10年以上。
Flash Memory,闪速存储器,类似于E2ROM,但是具有容量大,使用方便的优点。
只读存储器电路比较简单,集成度较高,成本较低,而且具有一个重要的优点,就是当断电以后,它的信息是不会丢失的,是一个永久性的存储器。所以,在计算机中,尽可能把一些管理程序、监控程序等不需要修改的程序放在ROM中。
只读存储器
只读存储器的组成
ROM存储器一般由存储矩阵、地址译码器、输出缓冲器三个部分组成,如图14-1所示。存储单元可以用二极管构成,也可以用双极型三极管或MOS管构成,每个存储单元也有一个唯一的地址编码。
地址译码器的作用是将输入的地址代码译成相应的控制信号,利用这个控制信号从存储矩阵中把指定的单元选出,并把其中的数据送到输出缓冲器。
输出缓冲器的作用有两个,一是能提高存储器的带负载能力,二是实现对输出状态的三态控制,以便与系统的总线连接。
存储矩阵是由存储单元组成,PROM、EPROM、E2ROM和FLASH存储器都具有地址译码器、输出缓冲器和存储矩阵,它们之间的区别就是存储单元不同以及擦除、写入和读出方法不同。
图14-1 ROM的电路结构框图
只读存储器内部结构
1. ROM的结构
图14-2是一个具有2位地址输入码和4位数据输出的ROM电路,它的存储单元使用二极管构成。它的地址译码器由二极管与门组成,2位地址代码A1A0可以给出4个不同的地址。地址译码器将这4个地址代码分别译成W0~W3这四根线上的高电平信号。存储矩阵是由二极管或门组成的,当在W0~W3的某根线上给出高电平信号时,都会在D3~D0这4根线上输出一个4位二值代码。通常将每个输出代码称为一个“字”,并把W0~W3叫做字线,把D3~D0叫做位线(或数据线)。
表14 -1 只读存储器存储的数据
输入地址
数据
0 0
1 1 0 1
0 1
0 0 1 1
1 0
0 1 0 0
1 1
1 1 1 0
在读出数据时,只要输入指定的地址码,则指定地址内各