只读存储器(ROM)

3.6 只读存储器只读存储器（ROM）分类分类掩模掩模 ROM可编程可编程 ROM（PROM Programmable ROM）可擦除可编程可擦除可编程 ROM（EPROM Erasable PROM）说明说明:掩模掩模 ROMPROM生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定，生产过程中在掩模板控制下写入，内容固定，不能更改不能更改内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改内容可由用户编好后写入，一经写入不能更改紫外光擦除（约二十分钟）紫外光擦除（约二十分钟）EPROM存储数据可以更改，但改写麻烦，工作时只读存储数据可以更改，但改写麻烦，工作时只读EEPROM 或或 E2PROM电擦除（几十毫秒）电擦除（几十毫秒）1 1、固定、固定ROM(ROM(掩膜掩膜ROM):ROM):用户专用用户专用ROM,ROM,用户将程序代码交给用户将程序代码交给ICIC生产商，生产商生产商，生产商在芯片制造过程中将用户程序代码固化在在芯片制造过程中将用户程序代码固化在ICIC的的ROMROM中，用户中，用户在使用过程只能读出不能写入在使用过程只能读出不能写入。2 2、可编程、可编程ROM(PROM)ROM(PROM)PROMPROM所存的数据，由用户自己根据要求写入。但是只所存的数据，由用户自己根据要求写入。但是只能写一次，不允许第二次改写。能写一次，不允许第二次改写。适合于小批量试产使用，有保密位，可以加密。价格适合于小批量试产使用，有保密位，可以加密。价格较高。较高。适合于大批量生产使用，性价比高。适合于大批量生产使用，性价比高。3 3、可、可擦除擦除，可编程，可编程ROMROM（EPROM)EPROM)(程序调试期间使用）EPROM:EPROM:用紫外光可以擦除用紫外光可以擦除ROMROM中全部信息。擦除时间几分钟，然后中全部信息。擦除时间几分钟，然后用专用编程器进行编程写入。用专用编程器进行编程写入。EEPROM:EEPROM:电擦除电擦除ROMROM，直接在编程器上用电压信号进行擦除。重新写，直接在编程器上用电压信号进行擦除。重新写入和擦除同步进行。擦除时间为入和擦除同步进行。擦除时间为20ms20ms。EAPROM:EAPROM:直接在系统中擦除和改写，可以擦除全部内容，也可以只直接在系统中擦除和改写，可以擦除全部内容，也可以只擦除部分字节。正常使用只能读出不能写入。擦除部分字节。正常使用只能读出不能写入。只读存储器只读存储器ROMROM中的数据可以存储中的数据可以存储5 52020年而不年而不丢失。失。ROMROM结构结构译译码码驱驱动动MXNMXN矩阵矩阵字字X X位位读出放大，读出放大，选择电路选择电路A1A2AnW0W1WM-1B0B1BN-1字线字线位线位线由三部分组成：地址译码器地址译码器 存储矩阵存储矩阵 读出放大，选择电路读出放大，选择电路当地址译码器选中某一个字线后，该字线的若干位同时读出。2124096字XN位（N=8、16、32）地地址址码码输输入入 12位地址读写读写控制控制一、静态随机存储器（一、静态随机存储器（SRAMSRAM）SRAMSRAM的静态存储单元的静态存储单元 2.DRAM2.DRAM（动态存储单元）的总体结构（动态存储单元）的总体结构 一、掩膜只读存储器一、掩膜只读存储器 采用MOS工艺制作通用大规模集成电路ROM，工艺简单，集成度高，大批量生产，故成本低，售价低。二、可编程只读存储器（二、可编程只读存储器（PROMPROM）3.6.1 ROM 的结构和工作原理的结构和工作原理1.基本结构基本结构一、一、ROM 的结构示意图的结构示意图地址输入地址输入数据输出数据输出 n 位地址位地址 b b 位数据位数据A0A1An-1D0D1Db-1D0D1Db-1A0A1An-12nb ROM最最高高位位最最低低位位2.内部结构示意图内部结构示意图存储单元存储单元数据输出数据输出字字线线位线位线地址译码器地址译码器ROM 存储容量存储容量=字线数字线数 位线数位线数=2n b（位）位）地地址址输输入入0单元单元1单元单元i 单元单元2n-1单元单元D0D1Db-1A0A1An-1W0W1WiW2n-13.逻辑结构示意图逻辑结构示意图(1)中、大规模集成电路中逻辑图简化画法的约定中、大规模集成电路中逻辑图简化画法的约定连上且为硬连接，不能通过编程改变连上且为硬连接，不能通过编程改变编程连接，可以通过编程将其断开编程连接，可以通过编程将其断开断开断开A BDCABDY&ABCY1与门与门或门或门 AY=AY=AAZ=AY=AAYA1A1YA1YZ缓冲器缓冲器同相输出同相输出反相输出反相输出互补输出互补输出(2)逻辑结构示意图逻辑结构示意图m0A0A1An-1m1mim2n-1译译码码器器Z0(D0)或门或门Z1(D1)或门或门Zb-1(Db-1)或门或门2n个与门构成个与门构成 n 位位二进制译码器二进制译码器,输输出出2n 个最小项。个最小项。.n个个输输入入变变量量b 个输出函数个输出函数或门阵列或门阵列与门阵列与门阵列W0(m0)W2(m2)D 0=W0+W2=m0+m2二、二、ROM 的基本工作原理的基本工作原理1.电路组成电路组成二极管或门二极管或门二极管与门二极管与门W0(m0)+VCC1A111A01VccEND3END2END1END0D3 D2 D1 D0 W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)与与门门阵阵列列(译码器译码器)或或门门阵阵列列(编码器编码器)位位线线字线字线输出输出缓冲缓冲2.工作原理工作原理输出信号的逻辑表达式输出信号的逻辑表达式1A111A01VccEND3END2END1END0D3 D2 D1 D0 W0(m0)W1(m1)W2(m2)W3(m3)与与门门阵阵列列(译码器译码器)或或门门阵阵列列(编码器编码器)位位线线输出输出缓冲缓冲字线字线字字线：线：位线：位线：11输输出出缓缓冲冲VCCA1A0D1D3D2D0地地址址译译码码器器存存储储单单元元 地址译码器（字线字线）和存储矩阵（位线位线）之间的关系。A1A0D3D2D1D00001010110101001111111100 01 10 01 11 10 01 10 00 01 11 11 11 11 11 10 00 00 01 11 1字字线线W W和和位位线线D D的的每每个个交交叉叉点点都都是是一一个个存存储储单单元元。交交叉叉点点接接二二极极管管时时相相当当于于存存1 1，没没有有接接二二极极管管相相当当于于存存0 0。交交叉叉点点的的数数目目就就是是存存储储单单元数。元数。存储容量字数存储容量字数X位数位数4X4交叉点还可以接三极管、交叉点还可以接三极管、MOSMOS管等。管等。只有只有W W0 0为为1 1其余为字其余为字线为线为0 00 01 11 10输出信号的真值表输出信号的真值表0 00 11 01 10 1 0 1A1 A0D3 D2 D1 D01 0 1 00 1 1 11 1 1 03.功能说明功能说明(1)存储器存储器(2)函数发生器函数发生器地址地址存储存储数据数据输入变量输入变量输出函数输出函数(3)译码编码译码编码字线字线编码编码0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0A1 A00 00 11 01 1输入输入变量变量输出输出函数函数3.6.2 ROM 应用举例及容量扩展应用举例及容量扩展一、一、ROM 应用举例应用举例用用 ROM 实现实现以下逻辑函数以下逻辑函数例例 3.6.2Y1=m(2,3,4,5,8,9,14,15）Y2=m(6,7,10,11,14,15）Y3=m(0,3,6,9,12,15）Y4=m(7,11,13,14,15）A1B1C1D1m0m1m2m3m4m5m6m7m8m9m10m11m12m13m14m15Y2Y3Y4Y1译译码码器器编编码码器器二、二、ROM 容量扩展容量扩展1.存储容量存储容量存储器存储数据的能力，为存储器含存储单元存储器存储数据的能力，为存储器含存储单元的总位数。的总位数。存储容量存储容量 =字数字数 位数位数字字 word位位 bit1k 1:1024 个字个字 每个字每个字 1 位位 存储容量存储容量 1 k1k 4:1024 个字个字 每个字每个字 4 位位 存储容量存储容量 4 k256 8:256 个字个字 每个字每个字 8 位位 存储容量存储容量 2 k64 k 16:64 k 个字个字 每个字每个字 16 位位 存储容量存储容量 1024（1M）2.存储容量与地址位数的关系存储容量与地址位数的关系存储容量存储容量 256 48 位地址位地址256=284 位数据输出位数据输出存储容量存储容量 8k 88k=8 210=21313 位地址位地址8 位数据输出位数据输出3.常用常用 EPROM2764：27128：A0 A128k 8 (64k)13 位地址输入：位地址输入：8 位数据输出：位数据输出：O0 O7输出使能端输出使能端1 输出呈高阻输出呈高阻0 使能使能片选端片选端ROM 工作工作（任意）任意）ROM 不工作输出呈高阻不工作输出呈高阻16k 8 (128k)16k=16 210=21427256：32k 8 (256k)32k=32 210=2152764VPPPGMA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12CSOEO0O1O2O3O4O5O6O7VCCVIH(PGM)CSOE地地址址输输出出01其他常用的其他常用的 EPROM 4.ROM 容量的扩展容量的扩展地地址址总总线线8位数据总线位数据总线16位位数数据据总总线线D(70)D(158)8 位位 16 位位地址线合并（共用）地址线合并（共用）输出使能端、片选端合并（共用）输出使能端、片选端合并（共用）数据输出端分为高数据输出端分为高 8 位和低位和低 8 位位方法方法(1)字长的扩展（位扩展）：字长的扩展（位扩展）：27256A0A14O7O0CSOE27256A0A14O7O0CSOECSOE(2)字线的扩展（地址码的扩展字线的扩展（地址码的扩展 字扩展字扩展）两片两片 4 4 8 4：四片四片 32 k 8 4 32 k 8：15 位地址输入位地址输入增加两位地址增加两位地址经过经过 2 线线-4 线译码控制四个芯片线译码控制四个芯片的的ROM44位位A1 A0 D1 D0 D2 D3 ROM44位位A1 A0 D1 D2 D3 D0 1增加一位地址增加一位地址 A2（电路略）电路略）RAMRAM的位、字同时扩展的位、字同时扩展 例：试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数 解：化为最小项之和的形式得到 ROMROM点阵图点阵图三、PROM应用举例1、代码转换例：用例：用ROM实现实现4位二进制到格雷位二进制到格雷码的转换。码的转换。ABCDWXYZ00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 列状态转换真值表：列状态转换真值表：由真值表写出最小项之和表达式。由真值表写出最小项之和表达式。W=m(815）X=m(411）Y=m(25、1013）Z=m(12、56、910、1314）根据最小项画出与、或点阵图根据最小项画出与、或点阵图 先画地址译码器，四变量，八输先画地址译码器，四变量，八输入，十六个最小项，入，十六个最小项，8X168X16阵列。阵列。再画或阵列，只有四输出，每个再画或阵列，只有四输出，每个输出按最小项加表示。共输出按最小项加表示。共4X164X16阵列。阵列。01 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415W=m(815）X=m(411）Z=m(12、56、910、1314）全部最小项把需要的最小项相加 与阵列存储容量：16X8=128 或阵列存储容量：16X4=64 总存储容量12864192点阵图相当于将真值表存入PROM。与阵列：与阵列：不可编程，所有最小项都必须全部画出。或阵列：或阵列：可编程，根据要求选用。PROM选用PROM实现：令：PROM地址码A3A0=ABCD则PROM Q3Q0=WXYZY=m(25、1013）2、用ROM实现组合逻辑函数例：用例：用ROMROM实现一位全加器实现一位全加器全加器真值表：ABC iSCO0000010100111001011101110110100100010111最小项之和表达式S=m(1、2、4、7）C0=m(3、5、6、7）画点阵图：0 1 2 3 4 5 6 7AB00 01 11 1001AB00 01 11 1001AB00 01 11 1001例：用例：用ROMROM实现多输出函数实现多输出函数解：写出最小项之和表达式1111 111111110 1 2 3 4 5 6 7分析图示电路分析图示电路1、74161组成模几计数器。2、写出W,X,Y,Z的函数表达式。3、在CP作用下，分析WXYZ端顺序输出8421BCD码的状态，并说明电路的功能。WXYZWXYZ顺序输出顺序输出31415926535897933141592653589793的的8421BCD8421BCD码，电路为一码，电路为一个能产生十六位个能产生十六位的函数发生器。的函数发生器。模模1616计数器计数器11110 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213 1415Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CO74161ABCDWXYZ13 3、用、用ROMROM实现字符发生器实现字符发生器常用的点阵字符规格有9X7、7X7、7X5三种。例：用7X5点阵说明如何实现显示一个字符R列真值表：地址码 输出A2A1A0D4D3D2D1D00000000000111111010100010111000110011111101101001101001011110001写出最小项之和表达式D4=m(17）D3=m(1、4）D2=m(1、4、5）D1=m(1、4、6）D0=m(14、7）R字符占用存储单元：7X5=35如何实现多字符显示？输出为7条字线，每条字线同时输出5五位。ROM矩阵矩阵64X7X5字字符符控控制制特特征征地地址址输输出出缓缓冲冲显示屏显示屏A0A2A3A88位64位5位 A0A2:3位地址码是字符控制译码器的地址码。每个字符是7行x5列，也可以说每个字符是7个字X5位。A3A8:6位地址是特征地址译码器的地址码。可寻址范围063。