数字电路与逻辑设计课件：半导体存储器和可编程逻辑器件.pptx

存储器和可编程逻辑器件;6.1半导体存储器概述;按制造工艺分类，半导体存储器可以分为双极型（Bipolar）和金属氧化物（MOS）半导体型两类。双极型由TTL逻辑电路构成，该类存储器件的工作速度快，与CPU处在同一量级，但集成度低，功耗大，价格偏高，在微机系统中常用做数据或指令的高速缓冲存储器Cache；金属氧化物半导体型，该类存储器有多种制造工艺，如NMOS（金属-氧化物-半导体，N-Mental-Oxide-Semiconductor），HMOS（高性能金属氧化物半导体，High-performanceMetalOxideSemiconductor），CMOS（互补金属氧化物半导体，ComplementaryMetalOxideSemiconductor），CHMOS等，可用来制造多种半导体存储器件，如静态RAM、动态RAM、EPROM等。该类存储器的集成度高，功耗低，价格便宜，但速度较双极型器件慢。微机的内存主要由MOS型半导体构成。;按存取方式分类，半导体存储器可分为只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）和随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）两大类。ROM是一种非易失性存储器，其特点是信息一旦写入（在制造时或用专门装置写入）就固定不变，掉电后信息也不会丢失。在使用过程中，只能读出，一般不能修改，常用于保存无须修改就可长期使用的程序和数据，如计算机主板上的基本输入/输出系统程序BIOS、打印机中的汉字库、外部设备的驱动程序等；RAM是一种易失性存储器，其特点是在使用过程中，信息可以随机写入（存入）或读出（读出），使用灵活，但信息不能永久保存，一旦掉电，信息就会自动丢失，常用做内存，存放正在运行的程序和数据。;半导体存储器的性能指标中，存储容量和存取速度是其中的两个主要技术指标，另外还包括功耗、可靠性和集成度等。

（1）存储容量

存储容量是半导体存储器存储二值信息量大小的指标。半导体存储器的容量越大，存放程序和数据的能力就越强。

（2）存取速度

存储器的存取速度是用存取时间来衡量的，它是指存储器完成一次读或写操作所需要的时间，即从存储器接收到一个有效地址到存储器取出或存入数据为止所需要的时间。;（3）存储器功耗

存储器功耗是指它在正常工作时所消???的电功率。通常，半导体存储器的功耗和存取速度有关，存取速度越快，功耗也越大。因此，在保证存取速度前提下，存储器的功耗越小越好。

（4）可靠性和工作寿命

半导体存储器的可靠性是指它对周围电磁场、温度和湿度等的抗干扰能力。由于半导体存储器常采用VLSI工艺制造，可靠性较高，寿命也较长，平均无故障时间可达数千小时。

（5）集成度

半导体存储器的集成度是指它在一块数平方毫米芯片上能够集成的晶体管数目，有时也可以每块芯片上集成的“基本存储电路”个数来表征。;6.2只读存储器(ROM);图6-2-1ROM的基本结构示意图;存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。每个存储单元存放一位二值代码(0或1)，若干个存储单元组成一个“字”(也称一个信息单元)。地址译码器有n条地址输入线A0~An-1，2n条译码输出线W0~W2n-1，每一条译码输出线Wi称为“字线”，它与存储矩阵中的一个“字”相对应。因此，每当给定一组输入地址时，译码器只有一条输出字线Wi被选中，该字线可以在存储矩阵中找到一个相应的“字”，并将字中的m位信息Dm-1~D0送至输出缓冲器。读出Dm-1~D0的每条数据输出线Di也称为“位线”，每个字中信息的位数称为“字长”。;ROM的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。存储器的容量用存储单元的数目来表示，写成“字数乘位数”的形式。对于图6-2-1的存储矩阵有2n个字，每个字的字长为m，因此整个存储器的存储容量为2n×m位。存储容量也习惯用K(1K=1024)为单位来表示，例如1K×4、2K×８和64K×1的存储器，其容量分别是1024×4位、2048×8位和65536×1位。

输出缓冲器是ROM的数据读出电路，通常用三态门构成，它不仅可以实现对输出数据的三态控制，以便与系统总线联接，还可以提高存储器的带负载能力。;图6-2-2二极管ROM结构图;ROM按照存储矩阵中的存储单元类型可分为二极管ROM、双极性三极管ROM和MOS管ROM。图6-2-2是具有两位地址输入和四位数据输出的RO