數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章-w1

1、數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章1第第8 8章章 存儲器與可編程邏輯器件存儲器與可編程邏輯器件數(shù)字系統(tǒng)設計中可供選用的三類基本器件數(shù)字系統(tǒng)設計中可供選用的三類基本器件 中、小規(guī)模標準邏輯模塊；中、小規(guī)模標準邏輯模塊； 微處理器（微處理器（Microprocessor）；）； 專用集成電路專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）：全定制和半定制。）：全定制和半定制。 全定制：全定制： 各種專用電路各種專用電路 半定制半定制： 門陣列門陣列-GA 標準單元標準單元-SC 可編程邏輯器件可編程邏輯器件PLD（Programmable Logic De

2、vice）數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章28.1 可編程邏輯器件概述可編程邏輯器件概述8.1.1 PLD的發(fā)展簡史的發(fā)展簡史 20世紀世紀70年代年代：熔絲編程的：熔絲編程的PROM（Programmable Read Only Memory）和）和PLA（Programmable Logic Array）。）。 20世紀世紀70年代末年代末： AMD公司推出了熔絲編程的公司推出了熔絲編程的PAL（Programmable Array Logic）。）。 20世紀世紀80年代初年代初： Lattice公司首先生產(chǎn)出了可電擦寫的、公司首先生產(chǎn)出了可電擦寫的、 比比PAL使用更靈活的使用更靈活的GAL（Ge

3、neric Array Logic）。）。 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列可編程陣列邏輯可編程陣列邏輯通用陣列邏輯通用陣列邏輯數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章3 20世紀世紀80年代中期年代中期： Xilinx公司提出了現(xiàn)場可編程的概念，公司提出了現(xiàn)場可編程的概念， 同時生產(chǎn)出了世界上第一片同時生產(chǎn)出了世界上第一片F(xiàn)PGA（Field Programmable Gate Array）器件。）器件。 同一時期，同一時期， Altera公司推出了公司推出了EPLD（Erasable PLD），它比），它比GAL具有更高的集成度，具有更高的集成度， 可以用紫外線或電擦除?？梢杂米贤?/p>

4、線或電擦除。 20世紀世紀80年代末年代末： Lattice公司又提出了公司又提出了在系統(tǒng)可編程在系統(tǒng)可編程（ ISP, In System Programmability）的概念，并推出了一系列具有在系）的概念，并推出了一系列具有在系統(tǒng)可編程能力的統(tǒng)可編程能力的CPLD（Complex PLD）器件。此后，其它）器件。此后，其它PLD生生產(chǎn)廠家都相繼采用了產(chǎn)廠家都相繼采用了ISP技術(shù)。技術(shù)。 現(xiàn)場可編程門陣列現(xiàn)場可編程門陣列可擦除可編程邏輯器件可擦除可編程邏輯器件復雜可編程邏輯器件復雜可編程邏輯器件數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章4 20世紀世紀90年代后年代后： 規(guī)模越來越大規(guī)模越來越大：集成度在：集

5、成度在300萬門以上萬門以上 速度越來越高速度越來越高：系統(tǒng)頻率為：系統(tǒng)頻率為100MHz以上以上 電路結(jié)構(gòu)越來越靈活，電路結(jié)構(gòu)越來越靈活， 電路資源更加豐富電路資源更加豐富：集成：集成了微處理器、數(shù)字信號處理單元和存儲器等。僅用一了微處理器、數(shù)字信號處理單元和存儲器等。僅用一片可編程邏輯器件就可實現(xiàn)一個完整的數(shù)字系統(tǒng)，即片可編程邏輯器件就可實現(xiàn)一個完整的數(shù)字系統(tǒng)，即構(gòu)成所謂的構(gòu)成所謂的片上系統(tǒng)片上系統(tǒng)SOC（System On Chip）。）。 數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章58.1.2 PLD的分類的分類 1 按集成度分類按集成度分類 LDPLD（LowDensity PLD）：低密度可編程邏輯器件

6、）：低密度可編程邏輯器件如：如： PROM、PLA、PAL和和GAL器件器件 HDPLD（HighDensity PLD）：高密度可編程邏輯器件）：高密度可編程邏輯器件 EPLD、CPLD和和FPGA器件屬于器件屬于HDPLD劃分標準劃分標準：GAL22V10，密度，大致為，密度，大致為500750門之間門之間 。 2 按基本結(jié)構(gòu)分類按基本結(jié)構(gòu)分類 PLD：與：與-或陣列或陣列LDPLD（PROM、 PLA、 PAL、 GAL）、）、 EPLD、 CPLD的基本結(jié)構(gòu)都是與的基本結(jié)構(gòu)都是與-或陣列或陣列FPGA：門陣列結(jié)構(gòu)：門陣列結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章6 3 按編程工藝分類按編程工藝分類 編程

7、工藝，編程工藝， 是指在可編程邏輯器件中可編程元件的類型。是指在可編程邏輯器件中可編程元件的類型。 熔絲（熔絲（Fuse）或反熔絲（）或反熔絲（Anti-Fuse）編程器件。）編程器件。 UVEPROM編程器件，編程器件， 即紫外線擦除即紫外線擦除/電氣編程器件。電氣編程器件。 E2PROM編程器件，即電可擦寫編程器件。編程器件，即電可擦寫編程器件。 Flash Memory（閃速存儲器）編程器件（閃速存儲器）編程器件 SRAM編程器件。編程器件。非非易易失失性性器器件件易失性器件易失性器件一次性編程一次性編程（OTP）器件數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章7其它分類方法其它分類方法制造工藝制造工藝：雙極型

8、和：雙極型和MOS型；型；復雜程度復雜程度：簡單可編程邏輯器件：簡單可編程邏輯器件SPLD（Simple PLD）和復雜）和復雜可編程邏輯器件可編程邏輯器件CPLD， 將將FPGA也歸于也歸于CPLD中。中。 在各類可編程邏輯器件中，目前大量生產(chǎn)和廣泛應用的是以在各類可編程邏輯器件中，目前大量生產(chǎn)和廣泛應用的是以CPLD和和FPGA為代表的為代表的HDPLD， 它們都采用它們都采用CMOS制造工藝，制造工藝， 編程工藝大多采用編程工藝大多采用SRAM或或E2PROM。數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章88-2 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM） 隨機存儲器隨機存儲器的特點是：在工作過程中，既可的特點是

9、：在工作過程中，既可從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信從存儲器的任意單元讀出信息，又可以把外界信息寫入任意單元，因此它被稱為隨機存儲器，簡息寫入任意單元，因此它被稱為隨機存儲器，簡稱稱 RAM 。Random Access Memory. RAM 按功能可分為按功能可分為 靜態(tài)、動態(tài)兩類；靜態(tài)、動態(tài)兩類； RAM 按所用器件又可分為雙極型和按所用器件又可分為雙極型和 MOS型型兩種。兩種。數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章98-2-1 靜態(tài)靜態(tài)RAM（Static RAM）WiDD符號符號VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字線字線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)字電路與系統(tǒng)第

10、8章10一、基本存儲單元的工作原理一、基本存儲單元的工作原理:VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1字線字線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線VCCT2T1T3T4 由由T1、 T2、T3、T4 構(gòu)成基本構(gòu)成基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器，它是存儲信息的基本它是存儲信息的基本單元。單元。 T5和和T6是門控管，是門控管，由字線由字線Wi控制導通或控制導通或截止：截止：Wi1，導通，導通，否則截止。否則截止。增強型增強型 NMOS數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章11 門控管門控管T5和和T6導導通時，讀、寫操作通時，讀、寫操作由讀寫控制端由讀寫控制端R/W控制：控制：R/W=0時，時，1、3門門打開

11、，數(shù)據(jù)由打開，數(shù)據(jù)由I/O端端送入存儲器，完成送入存儲器，完成寫操作；寫操作；R/W=1時，時，1、3門門關閉，關閉，2門打開，門打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由I/O線讀出。線讀出。VCCWiDDI/OR / W123T2T3T4T5T6QQT1VCCT2T1T3T4數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線字字線線123數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章12D1W3W2W1W0地地址址譯譯碼碼器器讀寫及輸入讀寫及輸入/輸出控制輸出控制I / O1I / O0CSR / WA0A1D1D0D0存存儲儲矩矩陣陣二、存儲器的整體結(jié)構(gòu)二、存儲器的整體結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章13三、三、84位位 SRAMA0A1A2 DI3 DI2 DI1 D

12、I0 DO3 DO2 DO1 DO084位位 SRAM 圖形符號圖形符號 存儲單元簡圖存儲單元簡圖數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章14 SRAM的寫操作時序的寫操作時序地址有效地址有效片選有效片選有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效讀寫有效讀寫有效數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章15 SRAM的讀操作時序的讀操作時序數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章168-2-2 動態(tài)動態(tài)RAM（Dynamic RAM） DRAM的優(yōu)點的優(yōu)點: 存儲容量大存儲容量大, 集成度高集成度高 DRAM的缺點的缺點: 需要定時刷新需要定時刷新數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章17DRAM的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章188-2-3 RAM的擴展與應用的擴展與應用 一、容量擴展一、

13、容量擴展 位擴展：存儲器并行數(shù)據(jù)位數(shù)的擴展位擴展：存儲器并行數(shù)據(jù)位數(shù)的擴展 字擴展：存儲深度的擴展字擴展：存儲深度的擴展數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章19 字擴展：存儲深度的擴展字擴展：存儲深度的擴展 低位地址低位地址直接相連直接相連高位地址高位地址譯出片選譯出片選數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章20常用常用RAM組件：組件： RAM2114：共有共有10根地址線，根地址線，4根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 容量為：容量為：1024字字4位（即位（即1K4）RAM6116：共有共有11根地址線，根地址線，8根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 容量為：容量為：2048字字8位（又稱為位（又稱為2K8） AM21L41：共有共有12根地址線，

14、根地址線，1根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。故其容量為：故其容量為：4096字字1位（即位（即4K1） AM12168：共有共有12根地址線，根地址線，4根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 容量為：容量為：4096字字4位（即位（即4K4）數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章21RAM2114、6116的管腳圖的管腳圖123456789181716151413121110A2A1A0A3A4A5A6A7A8A9CSGNDVCCD3D2D1D0R / WRAM 2114 管腳圖管腳圖2345678910232221201918171615A0A1D0A3A4A5A6A9A10CSGNDVCCD3D2D1D4RAM 6116 管腳圖管腳圖

15、A2A711112141324A8D5D6D7RDWR數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章222114容量的擴展容量的擴展D7A9A0R/W CSD1D3D2D0A9A0R/W CSD1D3D2D0. . . . .D6D5D4D1D3D2D0.CSR/WA0A92114 (1)2114 (2)用兩片用兩片2114 將位數(shù)由將位數(shù)由 4位擴展到位擴展到 8位位 1. 位數(shù)的擴展位數(shù)的擴展：把各片對應的地址線連接在一起，：把各片對應的地址線連接在一起，數(shù)據(jù)線并列使用即可。接線如下圖：數(shù)據(jù)線并列使用即可。接線如下圖：數(shù)字電路與系統(tǒng)第8章232. 字數(shù)的擴展：字數(shù)的擴展：CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D3CSR/WA9A0D2D1D0D32 4譯譯碼碼器器A11A10A0A9D3D2D1D02114 (1)2114 (2)2114 (3)2114 (4)R/WY0Y374LS139譯碼器輸出作譯碼器輸出作為芯片選擇信號為芯片選擇信號A11A10選中片序號選中片序號 對應的存儲單元對應的存儲單元0 00 11 01 12114(1)2114(2)2114(3)2114(4)0000 10231024 20472048 30713072 4095高位地址和存儲單元