1、！单元数庞大！输入/输出引脚数目有限EPROMROMROM可擦除的可编程可编程掩模RAMRAM动态静态A0An-1W0W(2n-1)写是一次性编程，不能改！编程时将不用的熔断有出厂时，每个结点上都熔丝由易熔合金制成 PROM的结构是的结构是与阵列固定与阵列固定、或阵列可编程或阵列可编程的。对于有的。对于有大量输入信号的大量输入信号的PROM，比较，比较适合作为存储器适合作为存储器来存放数据，来存放数据，它在计算机系统和数据自动控制等方面起着重要的作用。它在计算机系统和数据自动控制等方面起着重要的作用。例例1 1：下图是一个下图是一个8 8（字线）（字线）4 4（数据）的存储器数据阵列图。（数据
2、）的存储器数据阵列图。对于较少的输入信号组成的与阵列固定、或阵列可编程对于较少的输入信号组成的与阵列固定、或阵列可编程的器件中，也可以很方便地的器件中，也可以很方便地实现任意组合逻辑函数实现任意组合逻辑函数。芯片出厂时，在存储矩阵的所有存储单元上都存芯片出厂时，在存储矩阵的所有存储单元上都存“1”1”，使用中根据需要用编程器一次性地将一些存储单元中存储的使用中根据需要用编程器一次性地将一些存储单元中存储的信息修改为信息修改为“0”0”。3线线-8线译码器线译码器84存储单元矩阵存储单元矩阵输出缓冲器输出缓冲器地址码输入端地址码输入端数据输出端数据输出端字线字线 由地址译码器选中不同的字线，被选
3、中字线上的四位数由地址译码器选中不同的字线，被选中字线上的四位数据通过输出缓冲器输出。据通过输出缓冲器输出。如当地址码如当地址码A2A1A0000时，通过地址译码器，使字线时，通过地址译码器，使字线P01，将字线，将字线P0上的存储单元存储的数据上的存储单元存储的数据0000输出，即输出，即D0D30000。将左图地址扩展成将左图地址扩展成n条地条地址线，址线，n位地址码可寻址位地址码可寻址2n个个信息单元，产生字线为信息单元，产生字线为2n条，条，其输出若是其输出若是m位，则存储器的位，则存储器的总容量为总容量为2nm位。位。00010 0 0 0写入时，要使用编程器管叠栅注入MOSMOSI
4、njuctiongateStackedSIMOS)(浮置栅控制栅:fcGG通处正常逻辑高电平下导上未充负电荷，则若导通处正常逻辑高电平下不上充以负电荷，则若工作原理：cfcfGGGG年）光灯下分钟（阳光下一周，荧紫外线照射空穴对，提供泄放通道生电子“擦除”：通过照射产形成注入电荷到达吸引高速电子穿过宽的正脉冲，上加同时在发生雪崩击穿）间加高压（“写入”：雪崩注入33020502525202,fcGSiOmsVGVSD)(管浮栅隧道氧化层采用点擦除慢，操作不便的缺为克服MOSFLOTOXUVEPROM“隧道效应”电子会穿越隧道）当场强达到一定大小（厚度之间有小的隧道区，与,/cmVmSiODGf
5、78210102（隧道区）区有极小的重叠区与）更薄（与衬底间SGnmOSGfif15102的正脉冲，加接），加正压（，充电利用雪崩注入方式向工作原理：usVGVVSDGcssf101206*上电荷经隧道区放电的正脉冲加放电，利用隧道效应fsscfGnsVVGG100120,A0An-1W0W(2n-1)ABCDDCBAYDCBADABCYBCDADBCDCBAYCBABCAYROM4321产生：用),(),(),(),(15214414107676324321mYmYmYmY 在计算机及数据处理系统中需要存放大量数据、中间结在计算机及数据处理系统中需要存放大量数据、中间结果、表格等设备，可以用
6、随机存取存储器果、表格等设备，可以用随机存取存储器RAMRAM。RAMRAM可分为单极型和双极型：双极型工作速率高，但是集可分为单极型和双极型：双极型工作速率高，但是集成度不如单极型的高。目前，由于工艺水平的不断提高，单成度不如单极型的高。目前，由于工艺水平的不断提高，单极型极型RAMRAM的速率已经可以和双极型的速率已经可以和双极型RAMRAM相比，而且单极型相比，而且单极型RAMRAM具具有功耗低的优点。这里只以单极型有功耗低的优点。这里只以单极型RAMRAM为例进行分析。为例进行分析。单极型单极型RAMRAM又可分为静态又可分为静态RAMRAM与动态与动态RAMRAM：静态：静态RAMR
7、AM是用是用MOSMOS管触发器来存储代码，所用管触发器来存储代码，所用MOSMOS管较多、集成度低、功耗也较管较多、集成度低、功耗也较大。动态大。动态RAMRAM是用栅极分布电容保存信息，它的存储单元所需是用栅极分布电容保存信息，它的存储单元所需要的要的MOSMOS管较少，因此集成度高、功耗也小。静态管较少，因此集成度高、功耗也小。静态RAMRAM使用方使用方便，不需要刷新。便，不需要刷新。作存储单元触发器，为基本RSTT41相通、与、导通，行中被选中，时，能在jjiBBQQTTX6511,单元与缓冲器相连列第行第导通，这时时，所在列被选中，jiTTYj871,，读操作截止，与导通，则若时，
8、当OIQAAAWRSC32110,，写操作导通，与截止，则若QOIAAAWR3210,六管N沟道增强型MOS管SCWRAAOIOI片选信号：写信号：读地址线：数据线：/1207032K x 8RAM70OIOI.1413120,.AAAAWRWRAAAAOIOI写信号：读地址线：数据线：/,1413120708K 8A12SCYYAAAA分别接四片的译成即将两位代码区分四片用,3013141314KKKKKKKAAAAAAAA322424161688011,10,01,00012012012012四片的地址分配就是：1314AA4321SCSCSCSC8K 8A128K 8A128K 8A12
9、8K 8A12数字系统1 1与阵列固定，或阵列可编程：与阵列固定，或阵列可编程：可编程只读存储器可编程只读存储器PROMPROM或可擦除编程只读存储器或可擦除编程只读存储器EPROMEPROM PLDPLD基本结构大致相同，根据与或阵列是否可编程基本结构大致相同，根据与或阵列是否可编程分为三类：分为三类：2 2与阵列，或阵列均可编程：与阵列，或阵列均可编程：可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLAPLA3 3与阵列可编程，或阵列固定：与阵列可编程，或阵列固定：可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PALPAL、通用阵列逻辑、通用阵列逻辑GALGAL、高密、高密度可编程逻辑器件度可编程逻辑器件HDPLDHDPL
10、D与门与门阵列阵列乘积项乘积项PLD主体主体输入输入电路电路输入信号输入信号互补互补输入输入输出函数输出函数反馈输入信号反馈输入信号 可由或阵列直接输出，可由或阵列直接输出，构成组合；构成组合；通过寄存器输出，通过寄存器输出，构成时序方式输出。构成时序方式输出。可直接可直接输出输出也可反馈到输入也可反馈到输入PLD组成结构基本相似如下：组成结构基本相似如下：输出既可以是低电平有输出既可以是低电平有效，又可以是高电平有效。效，又可以是高电平有效。或门或门阵列阵列和项和项输出输出电路电路4214314323211IIIIIIIIIIIIY414332212IIIIIIIIY21213IIIIY21
11、214IIIIYGAL16V8数据选择器 GAL输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元OLMC的组成的组成 输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元OLMC 由或门、异或门、由或门、异或门、D触发器、多路选触发器、多路选择器择器MUX、时钟控制、使能控制和编程元件等组成，如下图：、时钟控制、使能控制和编程元件等组成，如下图：组合输出组合输出时序输出时序输出四、四、GALGAL是继是继PALPAL之后具有较高性能的之后具有较高性能的PLDPLD，和，和PALPAL相比，具有以下相比，具有以下特点：特点：有较高的通用性和灵活性：有较高的通用性和灵活性：它的每个逻辑宏单元可以根据它的每个逻辑宏单元可以根据 需要任意组态，
12、既可实现组合电路，又可实现时序电需要任意组态，既可实现组合电路，又可实现时序电路。路。(2)100100可编程：可编程：GALGAL采用浮栅编程技术，使与阵列以及逻采用浮栅编程技术，使与阵列以及逻 辑宏单元可以反复编程，当编程或逻辑设计有错时，可辑宏单元可以反复编程，当编程或逻辑设计有错时，可 以擦除重新编程、反复修改，直到得到正确的结果，因以擦除重新编程、反复修改，直到得到正确的结果，因 而每个芯片可而每个芯片可100100编程。编程。(3)100%100%可测试：可测试：GALGAL的宏单元接成时序状态，可以通过测的宏单元接成时序状态，可以通过测 试软件对它们的状态进行预置，从而可以随意将
13、电路置试软件对它们的状态进行预置，从而可以随意将电路置 于某一状态，以缩短测试过程，保证电路在编程以后，于某一状态，以缩短测试过程，保证电路在编程以后，对编程结果对编程结果100100可测。可测。(4)高性能的高性能的E E2 2COMSCOMS工艺：工艺：GALGAL具有高速度、低功耗的特点，具有高速度、低功耗的特点，并且编程数据可保存并且编程数据可保存2020年以上。年以上。正是由于这些良好的特性，使正是由于这些良好的特性，使GALGAL器件成为数字系统设计器件成为数字系统设计的初期理想器件。的初期理想器件。由由GALGAL发展而来的大规模可编程发展而来的大规模可编程逻辑器件（基本上是逻辑
14、器件（基本上是GALGAL的扩充），的扩充），采用采用CMOSCMOS和可擦除和可擦除PROMPROM工艺（具有非工艺（具有非易失性），延迟固定。易失性），延迟固定。一、一、CPLDCPLD的基本电路结构的基本电路结构 在系统编程芯片在系统编程芯片EPM7128S是是Altera公司生产的高密度、公司生产的高密度、高性能高性能CMOS可编程逻辑器件之一，下图是可编程逻辑器件之一，下图是PLCC封装封装84端子端子的引脚图。的引脚图。它有它有4个直个直接输入接输入（INPUT）TMS、TDI、TDO和和TCK是在是在系统编程引脚。系统编程引脚。64个个I/O引脚引脚一、在系统编程芯片一、在系统编
15、程芯片EPM7128SEPM7128S的基本结构的基本结构二、二、EPM7128SEPM7128S的特点的特点（一）高集成密度（一）高集成密度;（二）速度高、低功耗、抗噪声容限较大（二）速度高、低功耗、抗噪声容限较大;（三）在系统编程能力（三）在系统编程能力;（四）可测试性能力（四）可测试性能力;（五）线或功能（五）线或功能;（六）异步时钟、异步清除功能（六）异步时钟、异步清除功能;（七）单片多系统能力；（七）单片多系统能力；（八）很强的加密能力。（八）很强的加密能力。前面讨论的可编程逻辑器件基本组成部分是与前面讨论的可编程逻辑器件基本组成部分是与阵列、或阵列和输出电路。再加上触发器则可实现阵
16、列、或阵列和输出电路。再加上触发器则可实现时序电路。时序电路。本节介绍的本节介绍的FPGA（Field Programmable Gate Array）不像）不像PLD那样受结构的限制，它可以靠门与那样受结构的限制，它可以靠门与门的连接来实现任何复杂的逻辑电路，更适合实现门的连接来实现任何复杂的逻辑电路，更适合实现多级逻辑功能。多级逻辑功能。陆续推出的各种新型的现场可编程门阵列陆续推出的各种新型的现场可编程门阵列FPGA。功能更加丰富。具有很高的密度和速度等等。功能更加丰富。具有很高的密度和速度等等。一、现场可编程门阵列一、现场可编程门阵列FPGAFPGA结构结构 FPGA的编程单元是基于静态
17、存储器（的编程单元是基于静态存储器（SRAM）结构，从理）结构，从理论上讲，具有无限次重复编程的能力。论上讲，具有无限次重复编程的能力。下面介绍下面介绍XILINX公司的公司的XC4000E系列芯片，见下图：系列芯片，见下图：可配置逻辑可配置逻辑模块模块CLB输入输入/输出输出模块模块I/OB可编程连可编程连线线PI编程开关编程开关矩阵矩阵PSM二、现场可编程门阵列二、现场可编程门阵列FPGAFPGA的特点的特点 （一）（一）SRAM结构：结构：可以无限次编程，但它属于易失性元可以无限次编程，但它属于易失性元件，掉电后芯片内信息丢失。通电之后，要为件，掉电后芯片内信息丢失。通电之后，要为FPG
18、A重新配置重新配置逻辑，逻辑，FPGA配置方式有七种。请同学参考有关文献。配置方式有七种。请同学参考有关文献。（二）（二）内部连线结构：内部连线结构：HDPLD的信号汇总于编程内连矩阵，的信号汇总于编程内连矩阵，然后分配到各个宏单元。它的信号通路固定，系统速度可以预然后分配到各个宏单元。它的信号通路固定，系统速度可以预测。而测。而FPGA的内连线是分布在的内连线是分布在CLB周围，而且编程的种类和周围，而且编程的种类和编程点很多，编程点很多，布线相当灵活布线相当灵活，其在系统速度方面低于，其在系统速度方面低于HDPLD的速度。的速度。（三）（三）芯片逻辑利用率：芯片逻辑利用率：由于由于FPGA
19、的的CLB规模小，可分为规模小，可分为两个独立的电路，又有丰富的连线，所以系统综合时可进行两个独立的电路，又有丰富的连线，所以系统综合时可进行充分的优化，以达到充分的优化，以达到逻辑最高的利用逻辑最高的利用。（四）（四）芯片功耗：芯片功耗：高密度可编程逻辑器件高密度可编程逻辑器件HDPLD的功耗一的功耗一般在般在0.52.5W之间，而之间，而FPGA芯片功耗芯片功耗0.255mW之间，静之间，静态时几乎没有功耗，所以称态时几乎没有功耗，所以称FPGA为为零功耗器件零功耗器件。可以设置为输入可以设置为输入/输出；输出；输入时可设置为：同步（经触发器）输入时可设置为：同步（经触发器）异步（不经触发器）异步（不经触发器）本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路将许多将许多CLB组合起来，可形成大系统组合起来，可形成大系统
