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第 23章 存储器和可编程逻辑器件
23.1 只读存储器
23.2 随机存取存储器
23.3 可编程逻辑器件
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本章要求
1.了解 ROM,RAM,PROM,EPROM和 ROM
的结构和工作原理及功能的区别。
第 23章 存储器和可编程逻辑器件
2.了解 常用可编程逻辑器件在实际中的应用。
3,会 用可编程逻辑器件 构成简单的逻辑函数
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半导体存储器分类：
按功能
只读存储器（ ROM）
随机存取存储器（ RAM）
按元件
双极型存储器,速度快，功耗大。
MOS型存储器：速度较慢，功耗小，
集成度高。
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23.1 只读存储器
23.1.1 ROM的结构框图
只读存储器（ ROM）,它存储 的信息是固定不变
的。工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。
图 23.1.1 ROM的结构框图
存储输出
读出电路
存储矩阵
地
址
译
码
器
N× M
位线
（数据线）
字线（选择线）
地址输入
AN-1
A1
A0
...,..
W0
W1
WnN-1
DM-1 D0D1...
...
表示存
储容量
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ROM主要结构
存储矩阵
地址译码器
1.存储矩阵,由存储单元构成，一个存储单元存储
一位二进制数码,1‖或,0‖。存储器是以字为单位进
行存储的。图 23.1.1中有 N× M个存储单元。
2.地址译码器,为了存取的方便，给每组存储单元
以确定的标号，这个标号称为地址。图 23.1.1中，
W0~WN-1称为字单元的地址选择线，简称字线； 地址
译码器根据输入的代码从 W0~WN-1条字线中选择一条
字线，确定与地址代码相对应的一组存储单元位置。
被选中的一组存储单元中的各位数码经位线 D0~DM-1
传送到数据输出端。
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23.1.2 ROM的工作原理
图 23.1.2二极管 ROM电路
1
1
A0 A1
字线
位线
读出电路
地址译码器 存储矩阵
存储输出
地址输入
W0
W1
W2
W3
D0D1D2D3
A1
A0
+U
A0 A1
存,1‖
存,0‖
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(1) 存储矩阵
23.1.2 ROM的工作原理
1,二极管构成的 ROM的工作原理
图中的存储矩阵有 四条字线和四条位线 。共有十六
个交叉点，每个交叉点都可看作一个存储单元。
交叉点处接有二极管时，相当于存, 1‖；
交叉点处没有接二极管时，相当于存, 0‖；
如：字线 W0与位线有四个交叉点，其中与位线 D0
和 D2交叉处接有二极管。当选中 W0（为高电平）
字线时，两个二极管导通，使位线 D0和 D2为, 1‖，
这相当于接有二极管的交叉点存, 1‖。
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23.1.2 ROM的工作原理
交叉点处没有接二极管处，相当于存, 0‖；
位线 D1和 D3为, 0‖，这相当于没接有二极管的交
叉点存, 0‖。
ROM的特点：存储单元存, 0‖还是存, 1‖是在设
计和制造时已确定，不能改变；而且存入信息后，
即使断开电源，所存信息也不会消失，所以 ROM
也称固定存储器。
(2) 地址译码器
图中是一个二极管译码器，两位地址代码 A1A0
可指定 四 个不同的地址。
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23.1.2 ROM的工作原理
四个地址的逻辑式分别为：
010 AAW ? 011 AAW ?
012 AAW ? 013 AAW ?
地址译码器特点：
（ 1） N取一译码：即 N条字线中，每次只能选中一
条字线。图示电路为四选一译码。
（ 2）最小项译码,n个地址输入变量 A0~An最小项
的数目为 N=2n。图示电路最小项为四个。
地址译码器是一个,与” 逻辑阵列
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23.1.2 ROM的工作原理
表 23.1.1 N取一译码及 ROM存储内容
地址码
01 AA
A0A1
0 0
0 1
1 0
1 1
最小项及编号 N取一译码 存储内容
W0W1W2W3 D0D1D2D3
m0
m1
m2
m3
01 AA
01 AA
01 AA
0 0 0 1 0 1 0 1
0 0 1 0 1 0 1 1
0 1 0 0 0 1 0 0
1 0 0 0 1 1 1 0
从图 23.1.2中可看出：
地址译码器是一个,与” 逻辑阵列
010 AAW ? 011 AAW ? 012 AAW ? 013 AAW ?
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1
1
A0 A1
字线
位线
读出电路
地址译码器 存储矩阵
地址输入
W0
W1
W2
W3
D0D1D2D3
A1
A0
+U
A0 A1
23.1.2 ROM的工作原理
―0‖
―0‖
0
0
0
1
导通
0 1 0 1
导通
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23.1.2 ROM的工作原理
存储矩阵是一个,或” 逻辑阵列
100 WWD ?? 311 WWD ??
320 WWWD ???2 313 WWD ??
W3=A1A0 m
3
m2W2=A1A0
m1W1=A1A0
m0W0=A1A0A
0
A1
地
址
译
码
器
D3 D2 D1 D0
图 23.1.3 简化的 ROM存储矩阵阵列图
有二极管
无二极管
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2,双极型晶体管和 MOS场效应管构成的存储矩阵
图 23.1.4 双极型存储矩阵
存,1‖
存,0‖
D3 D2 D1 D0
W2
W1
W0
+UDD
W3
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2,双极型晶体管和 MOS场效应管构成的存储矩阵
―1‖
―0‖
―0‖
―0‖
选中
1 1 0 1D
3 D2 D1 D0
W2
W1
W0 +UDD
W3
导通
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1
D3
1
D2
1
D1
1
D0
W0
W1
W2
W3
负载管
+UDD
图 23.1.5 MOS型存储矩阵
―1‖
―0‖
―0‖
―0‖
选中
0 0 1 0
1 1 0 1
导通
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1,ROM构成的全加器
23.1.3 ROM的应用
在数字系统中 ROM的应用十分广泛，如组合
逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和
程序存储等。
输入变量 A —— 加数B —— 加数
C0 —— 低位进位数
输出变量 S —— 本位和
C0 —— 向高位进位数
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23.1.3 ROM的应用
A B C0 十进制 最小项 被选中 字线
最小项
编号
位线
S C
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
1
2
3
4
5
6
7
A B C0
A B C0
A
BA C0
A
C0
B C0
B
C0A B
B C0A
C0BA
W0=1
W1=1
W2=1
W3=1
W4=1
W5=1
W6=1
W7=1
m0
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
0 0
1 0
1 0
0 1
1 0
0 1
0 1
1 1
表 23.1.2全加器逻辑状态及三变量最小项编码
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根据表 23.1.2可得：
7421
0000 mmmm CBACBACBACBAS ???? ????
7653
0000 mmmm CBACBACBACBAC ???? ????
WO m
0W
1 m
1W
2 m2W
3 m3W
4 m
4W
5 m
5W
6 m6
W7 m
7
S C
A
B
C
最
小
项
译
码
器
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
图 23.1.6 ROM构成的全加器
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3.ROM构成的字符发生器
23.1.3 ROM的应用
字符发生器常用于显示终端、打印机及其
其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符
事先存储在 ROM的存储矩阵中，再以适当的
方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱
动显示器显示。
下面用 ROM构成的字符发生器显示字母 R
来说明其工作原理。
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图 23.1.8 字符显示原理图
(b)
WO
W1
W2
W3
W4
W5
W6
(a)
000
001
010
011
100
101
110
D4D3D2D1D0
行
译
码
器A2
A1
A0
读出电路
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由图可看出该字符显示器由 7行 5 列构成存储矩
阵，将字母 R的形状分割成若干部分并在相应的单
元存入信息, 1‖。当地址输入由 000~110周期地循
环变化时,即可逐行扫描各字线,把字线 W0~ W7所
存储的字母,R‖的字形信息从位线 D0~ D4读出。
使显示设备一行行的显示出图 23.1.8(b)的字形。
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23.2 随机存取存储器
随机存取存储器（ RAM）,它能随时从任何一
个指定地址的存储单元中取出（读出）信息,也可
随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元
中。因此也称为读 /写存储器。
优点,读 /写方便
缺点,信息容易丢失，一旦断电，所存储器的信
息会随之消失，不利于数据的长期保存。
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地址输入
An-1
A0
A1 地
址
译
码
器
存储矩阵
数据线
读写 /控制电路读 /写控制 (R/W)片选 (CS) 输入 /输出I/O
.,,.,,
23.2.1 RAM的结构和工作原理
图 23.2.1 RAM的结构框图
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1,存储矩阵,由存储单元构成，一个存储单元存储一
位二进制数码,1‖或,0‖。与 ROM不同的是 RAM存
储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入
信息，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。
2,地址译码器,也是 N取一译码器。
3,读 /写控制电路,当 R/W=1时，执行读操作,R/W=0
时，执行写操作。
4,片选控制,当 CS=0时，选中该片 RAM工作,CS=1
时该片 RAM不工作。
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23.2.2 2114静态 RAM
MOS型 RAM
静态 RAM,管子数目多，功耗大，
但只要不断电，信息就永久保存。
动态 RAM,集成度高，功耗小，
但必须定期给电容补充电荷，以
防存储信息的丢失。
一般情况下，大容量的存储器使用动态 RAM；
小容量的存储器使用静态 RAM。
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9GND
CS 8
A2 7
A1 6
A0 5
A3 4
A4 3
A5 2
A6 1
I/O0
A9
A8
A7
UCC
12
10
11
14
13
15
16
17
18
I/O1
I/O2
I/O3
R/W
RA
M
21
14
图 23.2.2 RAM2114外引线排列图
容量,1024字 ?4位
地址线,A9~A0(210=1024)
数据线,I/O3~ I/O0
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1.RAM位数的扩展
图 23.2.3 RAM2114位数扩展
将几片的地址端,R/W端,CS端并接在一起
A9 … A0 R/W CS
RAM2114(1)
I/O3
I/O7 I/O6
I/O2
IO/5
I/O1
I/O4
I/O0
A9 … A0 R/W CS
I/O3 I/O2
RAM2114(2)
I/O1 I/O0
I/O0I/O3 I/O2 I/O1
高四位 低四位
A9
A0
R/W
CS
地址码
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1,RAM字数的扩展 A11~ A0十二根地址线，
组成 4096字 ?4位的 RAM
图 23.2.3 RAM2114字数扩展
...
RAM 21114(1)
I/O
(2)
I/O
(3)
I/O
(4)
I/O
A11A10
A11
A10
2/4
线
译
码
器
R/WA
0
A9
I/O3
I/O2I/O
1I/O
0
A11A10
A11A10
A11A10
A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS
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图 23.2.3 RAM2114字数扩展
...
RAM 21114(1)
I/O
(2)
I/O
(3)
I/O
(4)
I/O
A11A10
A11
A10
2/4
线
译
码
器
R/WA
0
A9
I/O3
I/O2I/O
1I/O
0
A11A10
A11A10
A11A10
A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS
0
0
选中
0
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可编程逻辑器件（ PLD）它是由用户自行定义功
能（编程）的一类逻辑器件的总称。
图 23.3.1 PLD的结构框图
输入电路 "与 "阵列 "或 "阵列 输出电路,..
..
.
23.3 可编程逻辑器件
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PLD中常用逻辑符号的含义
在图 (a)中,多个输入端“与”门只用一根输入线
表示，称 乘积线 。输入变量 A,B,C的输入线和乘
积线的交点有三种情况,(1)黑点, ?‖表示该点为固
定连接点，用户不能改变。 (2)叉点, ?” 表示该点
为用户定义编程点，出厂时此点是接通的,用户可
根据需要断开或保持接通。 (3)既无黑点, ?‖也无叉
点, ?” 时，表示该点是断开的或编程时擦除的，
其对应的变量 B不是“与”门的输入量。
A B C
&
Y
Y=AC
(a)
A CB
≥1
Y
(b)
Y=A+C
1
Y
(c)
Y1=A Y2=A
A
Y1
Y2
图 23.3.2 PLD阵列中的逻辑符号
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23.3.1 可编程只读存储器
1.一次编程性只读存储器（ PROM）
厂家制造 PROM时，使存储矩阵（“或”阵列）
的所有存储单元的内容全为,1‖（或,0‖），用户
可根据自己的需要自行确定存储单元的内容。
图 23.3.3 由二极管和熔断丝构成的存储单元
熔断丝
位线
字线
存储,1‖
存储,0‖
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图 23.3.4 PROM的阵列图
A2
1 1
A1
1
A0
&
&
&
&
&
&
&
&
≥1
D2 D1
≥1
D0
≥1
"或 "阵列
"与 "阵列
WO
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
固定“与”
阵列
可编程“或”
阵列
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例 1,图 23.3.5是用 PROM构成的阶梯波信号发
生器，输出电压 u0的波形由 P图。 ROM存储的内容
决定。今需生产图 23.3.6所示阶梯波信号，试列出
PROM的编码表并画出 PROM的编程阵列。说明：
图中电子开关由 PROM位线电平控制，当 D=1时，
开关接基准电压 -UR;当 D=0时，开关接地。
解,(1)根据反相加法运算电路可得出阶梯波电压 u0
)24(8 I0I1I2I3 uuuu ?????
)248( I0I1I2I30 uRRuR/ RuR/ RuR/ Ru ?????
R0123 )24(8 UDDDD ?????
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u10 R
R/2u11
R/4u12
R/8u13
A0 D0
D1A1
D2A2
D3A3
PROM
二
进
制计
数
器
C
–UR
R
R2
–
+
∞△
+ +
-u0RD
电子开关
图 23.3.5 用 PROM构成阶梯波发生器uO
10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 16 C
4UR
8UR
图 23.3.6 阶梯波
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uoC
0
1
2
3
4
5
6
7
A0
表 23.3.1 PROM的编程表
9
10
11
12
8
A1A2A3 D0D1D2D3
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 1 0 1 0 1
0 0 1 0 0 1 1 0
0 0 1 1 0 1 1 1
0 1 0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 1 1 1
0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 1 1 0 1 0 1
1 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 1 0 0 1 1
1 0 1 0 0 0 1 0
1 0 1 1 0 0 0 1
1 1 0 0 0 0 0 0
4UR
5UR
6UR
7UR
8UR
7UR
6UR
5UR
4UR
2UR
1UR
0
3UR
(2)由电压 u0的关系式及其波形列出 PROM的编程表
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1 1 1 1 m15
1 1 1 0 m141 1 0 1 m13
1 1 0 0 m12
1 0 1 1 m11
1 0 1 0 m10
1 0 0 1 m91 0 0 0 m8
0 1 1 1 m7
0 1 1 0 m60 1 0 1 m5
0 1 0 0 m40 0 1 1 m3
0 0 1 0 m2
0 0 0 1 m1
0 0 0 0 m0
A3
A2
A1
A0
D3D2D1D0
地
址
译
码
器
图 23.3.7 PROM 阵列图
(3)由 PROM编程表画出 PROM的编程阵列图
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例 2,试用 PROM产生一组逻辑函数。
CAY ?0 CBAY ?1
DCBDCBADCBAY ???2
解,(1)由于 PROM的地址译码器是固定的最小
项“与”阵列，所以需将 Y0~ Y2各式化为
最小项形式。
7632
0 )()()(
mmmm
DCBACDBADBCABCDA
DDCBADDBCABBCAY
????
????
??????
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1312
1 )(
mm
DCBADCBADDCABY
??
????
141076
2 )(
mmmm
DBCADA B CB C DADCBA
AADBCB C DADCBAY
????
????
????
(3)由 Y0~ Y2最小项画出 PROM的编程阵列图
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图 23.3.8用 PROM 产生一组逻辑函数
固定“与”
阵列
DCBA A
1
1
B
1
C
1
D
Y0
Y1
Y2
m2 m3 m6 m7 m10m12m13m14
可编程“或”
阵列
1312 mm ?
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2,可改写型只读存储器 (EPROM）
PROM只能 一次 编程，而 EPROM则可
多次 擦去并重新写入 新内容。
擦除方法：在 EPROM器件外壳上有透明的石
英窗口，用紫外线（或 X射线）照射，即可完
成擦除操作。
3,电可改型只读存储器 (EEPROM）
尽管 EPROM能实现擦除重写的目的，但由于紫
外线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度
也比较慢，为此，又产生了 EEPROM。
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23.3.2 可编程逻辑阵列（ PLA）
PLA与 PROM的结构相似，其区别在于 PLA译
码器部分也可由用户自己编程。
1
A2
1
A1
1
A0
&
&
&
&
&
&
≥1
D2 D1
≥1
D0
≥1
图 23.3.9 PLA阵列图
可编程“或”
阵列
可编程“与”
阵列
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例 3, 试用 PLA产生例 2的一组逻辑函数。
CAY ?0 CBAY ?1
DCBDCBADCBAY ???2
解,(1)由于 PLA 的“与”阵列和“或”阵列均
可编程。因此，需将 Y0~ Y2的“与或”逻
辑函数式化简，然后分别对其“与”阵列
和“或”阵列进行编程。
CAY ?0 CBAY ?1
BCADAC
DBCADA B CB C DADCBA
AADBCB C DADCBAY
??
????
???? )(2
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图 23.3.10 用 PLA产生一组逻辑函数
1
A
1
B
1
C
1
D
Y0
Y1
Y2可编程“与” 阵列
与 PROM阵
列的编程相
比 PLA的编
程简捷得多
可编程“与”
阵列
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23.3.3通用阵列逻辑（ GAL）
通用阵列逻辑（ GAL） 是一种可多次编程、
可电擦除 的通用逻辑器件，它具有功能很强的可
编程的输出级，能灵活地改变工作模式。
GAL既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；
其输出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。
此外，它还可以设置加密位。由于 GAL芯片内部
电路结构复杂，具体分析从略。
第 23章 存储器和可编程逻辑器件
23.1 只读存储器
23.2 随机存取存储器
23.3 可编程逻辑器件
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本章要求
1.了解 ROM,RAM,PROM,EPROM和 ROM
的结构和工作原理及功能的区别。
第 23章 存储器和可编程逻辑器件
2.了解 常用可编程逻辑器件在实际中的应用。
3,会 用可编程逻辑器件 构成简单的逻辑函数
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半导体存储器分类：
按功能
只读存储器（ ROM）
随机存取存储器（ RAM）
按元件
双极型存储器,速度快，功耗大。
MOS型存储器：速度较慢，功耗小，
集成度高。
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23.1 只读存储器
23.1.1 ROM的结构框图
只读存储器（ ROM）,它存储 的信息是固定不变
的。工作时，只能读出信息，不能随时写入信息。
图 23.1.1 ROM的结构框图
存储输出
读出电路
存储矩阵
地
址
译
码
器
N× M
位线
（数据线）
字线（选择线）
地址输入
AN-1
A1
A0
...,..
W0
W1
WnN-1
DM-1 D0D1...
...
表示存
储容量
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ROM主要结构
存储矩阵
地址译码器
1.存储矩阵,由存储单元构成，一个存储单元存储
一位二进制数码,1‖或,0‖。存储器是以字为单位进
行存储的。图 23.1.1中有 N× M个存储单元。
2.地址译码器,为了存取的方便，给每组存储单元
以确定的标号，这个标号称为地址。图 23.1.1中，
W0~WN-1称为字单元的地址选择线，简称字线； 地址
译码器根据输入的代码从 W0~WN-1条字线中选择一条
字线，确定与地址代码相对应的一组存储单元位置。
被选中的一组存储单元中的各位数码经位线 D0~DM-1
传送到数据输出端。
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23.1.2 ROM的工作原理
图 23.1.2二极管 ROM电路
1
1
A0 A1
字线
位线
读出电路
地址译码器 存储矩阵
存储输出
地址输入
W0
W1
W2
W3
D0D1D2D3
A1
A0
+U
A0 A1
存,1‖
存,0‖
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(1) 存储矩阵
23.1.2 ROM的工作原理
1,二极管构成的 ROM的工作原理
图中的存储矩阵有 四条字线和四条位线 。共有十六
个交叉点，每个交叉点都可看作一个存储单元。
交叉点处接有二极管时，相当于存, 1‖；
交叉点处没有接二极管时，相当于存, 0‖；
如：字线 W0与位线有四个交叉点，其中与位线 D0
和 D2交叉处接有二极管。当选中 W0（为高电平）
字线时，两个二极管导通，使位线 D0和 D2为, 1‖，
这相当于接有二极管的交叉点存, 1‖。
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23.1.2 ROM的工作原理
交叉点处没有接二极管处，相当于存, 0‖；
位线 D1和 D3为, 0‖，这相当于没接有二极管的交
叉点存, 0‖。
ROM的特点：存储单元存, 0‖还是存, 1‖是在设
计和制造时已确定，不能改变；而且存入信息后，
即使断开电源，所存信息也不会消失，所以 ROM
也称固定存储器。
(2) 地址译码器
图中是一个二极管译码器，两位地址代码 A1A0
可指定 四 个不同的地址。
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23.1.2 ROM的工作原理
四个地址的逻辑式分别为：
010 AAW ? 011 AAW ?
012 AAW ? 013 AAW ?
地址译码器特点：
（ 1） N取一译码：即 N条字线中，每次只能选中一
条字线。图示电路为四选一译码。
（ 2）最小项译码,n个地址输入变量 A0~An最小项
的数目为 N=2n。图示电路最小项为四个。
地址译码器是一个,与” 逻辑阵列
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23.1.2 ROM的工作原理
表 23.1.1 N取一译码及 ROM存储内容
地址码
01 AA
A0A1
0 0
0 1
1 0
1 1
最小项及编号 N取一译码 存储内容
W0W1W2W3 D0D1D2D3
m0
m1
m2
m3
01 AA
01 AA
01 AA
0 0 0 1 0 1 0 1
0 0 1 0 1 0 1 1
0 1 0 0 0 1 0 0
1 0 0 0 1 1 1 0
从图 23.1.2中可看出：
地址译码器是一个,与” 逻辑阵列
010 AAW ? 011 AAW ? 012 AAW ? 013 AAW ?
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1
1
A0 A1
字线
位线
读出电路
地址译码器 存储矩阵
地址输入
W0
W1
W2
W3
D0D1D2D3
A1
A0
+U
A0 A1
23.1.2 ROM的工作原理
―0‖
―0‖
0
0
0
1
导通
0 1 0 1
导通
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23.1.2 ROM的工作原理
存储矩阵是一个,或” 逻辑阵列
100 WWD ?? 311 WWD ??
320 WWWD ???2 313 WWD ??
W3=A1A0 m
3
m2W2=A1A0
m1W1=A1A0
m0W0=A1A0A
0
A1
地
址
译
码
器
D3 D2 D1 D0
图 23.1.3 简化的 ROM存储矩阵阵列图
有二极管
无二极管
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2,双极型晶体管和 MOS场效应管构成的存储矩阵
图 23.1.4 双极型存储矩阵
存,1‖
存,0‖
D3 D2 D1 D0
W2
W1
W0
+UDD
W3
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2,双极型晶体管和 MOS场效应管构成的存储矩阵
―1‖
―0‖
―0‖
―0‖
选中
1 1 0 1D
3 D2 D1 D0
W2
W1
W0 +UDD
W3
导通
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1
D3
1
D2
1
D1
1
D0
W0
W1
W2
W3
负载管
+UDD
图 23.1.5 MOS型存储矩阵
―1‖
―0‖
―0‖
―0‖
选中
0 0 1 0
1 1 0 1
导通
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1,ROM构成的全加器
23.1.3 ROM的应用
在数字系统中 ROM的应用十分广泛，如组合
逻辑、波形变换、字符产生以及计算机的数据和
程序存储等。
输入变量 A —— 加数B —— 加数
C0 —— 低位进位数
输出变量 S —— 本位和
C0 —— 向高位进位数
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23.1.3 ROM的应用
A B C0 十进制 最小项 被选中 字线
最小项
编号
位线
S C
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
1
2
3
4
5
6
7
A B C0
A B C0
A
BA C0
A
C0
B C0
B
C0A B
B C0A
C0BA
W0=1
W1=1
W2=1
W3=1
W4=1
W5=1
W6=1
W7=1
m0
m1
m2
m3
m4
m5
m6
m7
0 0
1 0
1 0
0 1
1 0
0 1
0 1
1 1
表 23.1.2全加器逻辑状态及三变量最小项编码
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根据表 23.1.2可得：
7421
0000 mmmm CBACBACBACBAS ???? ????
7653
0000 mmmm CBACBACBACBAC ???? ????
WO m
0W
1 m
1W
2 m2W
3 m3W
4 m
4W
5 m
5W
6 m6
W7 m
7
S C
A
B
C
最
小
项
译
码
器
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
0CBA
图 23.1.6 ROM构成的全加器
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3.ROM构成的字符发生器
23.1.3 ROM的应用
字符发生器常用于显示终端、打印机及其
其它一些数字装置。将各种字母、数字等字符
事先存储在 ROM的存储矩阵中，再以适当的
方式给出地址码，某个字符就能读出来，并驱
动显示器显示。
下面用 ROM构成的字符发生器显示字母 R
来说明其工作原理。
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图 23.1.8 字符显示原理图
(b)
WO
W1
W2
W3
W4
W5
W6
(a)
000
001
010
011
100
101
110
D4D3D2D1D0
行
译
码
器A2
A1
A0
读出电路
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由图可看出该字符显示器由 7行 5 列构成存储矩
阵，将字母 R的形状分割成若干部分并在相应的单
元存入信息, 1‖。当地址输入由 000~110周期地循
环变化时,即可逐行扫描各字线,把字线 W0~ W7所
存储的字母,R‖的字形信息从位线 D0~ D4读出。
使显示设备一行行的显示出图 23.1.8(b)的字形。
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23.2 随机存取存储器
随机存取存储器（ RAM）,它能随时从任何一
个指定地址的存储单元中取出（读出）信息,也可
随时将信息存入（写入）任何一个指定的地址单元
中。因此也称为读 /写存储器。
优点,读 /写方便
缺点,信息容易丢失，一旦断电，所存储器的信
息会随之消失，不利于数据的长期保存。
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地址输入
An-1
A0
A1 地
址
译
码
器
存储矩阵
数据线
读写 /控制电路读 /写控制 (R/W)片选 (CS) 输入 /输出I/O
.,,.,,
23.2.1 RAM的结构和工作原理
图 23.2.1 RAM的结构框图
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1,存储矩阵,由存储单元构成，一个存储单元存储一
位二进制数码,1‖或,0‖。与 ROM不同的是 RAM存
储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入
信息，其存储单元必须由具有记忆功能的电路构成。
2,地址译码器,也是 N取一译码器。
3,读 /写控制电路,当 R/W=1时，执行读操作,R/W=0
时，执行写操作。
4,片选控制,当 CS=0时，选中该片 RAM工作,CS=1
时该片 RAM不工作。
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23.2.2 2114静态 RAM
MOS型 RAM
静态 RAM,管子数目多，功耗大，
但只要不断电，信息就永久保存。
动态 RAM,集成度高，功耗小，
但必须定期给电容补充电荷，以
防存储信息的丢失。
一般情况下，大容量的存储器使用动态 RAM；
小容量的存储器使用静态 RAM。
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9GND
CS 8
A2 7
A1 6
A0 5
A3 4
A4 3
A5 2
A6 1
I/O0
A9
A8
A7
UCC
12
10
11
14
13
15
16
17
18
I/O1
I/O2
I/O3
R/W
RA
M
21
14
图 23.2.2 RAM2114外引线排列图
容量,1024字 ?4位
地址线,A9~A0(210=1024)
数据线,I/O3~ I/O0
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1.RAM位数的扩展
图 23.2.3 RAM2114位数扩展
将几片的地址端,R/W端,CS端并接在一起
A9 … A0 R/W CS
RAM2114(1)
I/O3
I/O7 I/O6
I/O2
IO/5
I/O1
I/O4
I/O0
A9 … A0 R/W CS
I/O3 I/O2
RAM2114(2)
I/O1 I/O0
I/O0I/O3 I/O2 I/O1
高四位 低四位
A9
A0
R/W
CS
地址码
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1,RAM字数的扩展 A11~ A0十二根地址线，
组成 4096字 ?4位的 RAM
图 23.2.3 RAM2114字数扩展
...
RAM 21114(1)
I/O
(2)
I/O
(3)
I/O
(4)
I/O
A11A10
A11
A10
2/4
线
译
码
器
R/WA
0
A9
I/O3
I/O2I/O
1I/O
0
A11A10
A11A10
A11A10
A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS A9… A 0R/W CS
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图 23.2.3 RAM2114字数扩展
...
RAM 21114(1)
I/O
(2)
I/O
(3)
I/O
(4)
I/O
A11A10
A11
A10
2/4
线
译
码
器
R/WA
0
A9
I/O3
I/O2I/O
1I/O
0
A11A10
A11A10
A11A10
A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS A9… A0R/W CS
0
0
选中
0
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可编程逻辑器件（ PLD）它是由用户自行定义功
能（编程）的一类逻辑器件的总称。
图 23.3.1 PLD的结构框图
输入电路 "与 "阵列 "或 "阵列 输出电路,..
..
.
23.3 可编程逻辑器件
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PLD中常用逻辑符号的含义
在图 (a)中,多个输入端“与”门只用一根输入线
表示，称 乘积线 。输入变量 A,B,C的输入线和乘
积线的交点有三种情况,(1)黑点, ?‖表示该点为固
定连接点，用户不能改变。 (2)叉点, ?” 表示该点
为用户定义编程点，出厂时此点是接通的,用户可
根据需要断开或保持接通。 (3)既无黑点, ?‖也无叉
点, ?” 时，表示该点是断开的或编程时擦除的，
其对应的变量 B不是“与”门的输入量。
A B C
&
Y
Y=AC
(a)
A CB
≥1
Y
(b)
Y=A+C
1
Y
(c)
Y1=A Y2=A
A
Y1
Y2
图 23.3.2 PLD阵列中的逻辑符号
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23.3.1 可编程只读存储器
1.一次编程性只读存储器（ PROM）
厂家制造 PROM时，使存储矩阵（“或”阵列）
的所有存储单元的内容全为,1‖（或,0‖），用户
可根据自己的需要自行确定存储单元的内容。
图 23.3.3 由二极管和熔断丝构成的存储单元
熔断丝
位线
字线
存储,1‖
存储,0‖
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图 23.3.4 PROM的阵列图
A2
1 1
A1
1
A0
&
&
&
&
&
&
&
&
≥1
D2 D1
≥1
D0
≥1
"或 "阵列
"与 "阵列
WO
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
固定“与”
阵列
可编程“或”
阵列
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例 1,图 23.3.5是用 PROM构成的阶梯波信号发
生器，输出电压 u0的波形由 P图。 ROM存储的内容
决定。今需生产图 23.3.6所示阶梯波信号，试列出
PROM的编码表并画出 PROM的编程阵列。说明：
图中电子开关由 PROM位线电平控制，当 D=1时，
开关接基准电压 -UR;当 D=0时，开关接地。
解,(1)根据反相加法运算电路可得出阶梯波电压 u0
)24(8 I0I1I2I3 uuuu ?????
)248( I0I1I2I30 uRRuR/ RuR/ RuR/ Ru ?????
R0123 )24(8 UDDDD ?????
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u10 R
R/2u11
R/4u12
R/8u13
A0 D0
D1A1
D2A2
D3A3
PROM
二
进
制计
数
器
C
–UR
R
R2
–
+
∞△
+ +
-u0RD
电子开关
图 23.3.5 用 PROM构成阶梯波发生器uO
10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 16 C
4UR
8UR
图 23.3.6 阶梯波
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uoC
0
1
2
3
4
5
6
7
A0
表 23.3.1 PROM的编程表
9
10
11
12
8
A1A2A3 D0D1D2D3
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 1 0 1 0 1
0 0 1 0 0 1 1 0
0 0 1 1 0 1 1 1
0 1 0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 1 1 1
0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 1 1 0 1 0 1
1 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 1 0 0 1 1
1 0 1 0 0 0 1 0
1 0 1 1 0 0 0 1
1 1 0 0 0 0 0 0
4UR
5UR
6UR
7UR
8UR
7UR
6UR
5UR
4UR
2UR
1UR
0
3UR
(2)由电压 u0的关系式及其波形列出 PROM的编程表
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1 1 1 1 m15
1 1 1 0 m141 1 0 1 m13
1 1 0 0 m12
1 0 1 1 m11
1 0 1 0 m10
1 0 0 1 m91 0 0 0 m8
0 1 1 1 m7
0 1 1 0 m60 1 0 1 m5
0 1 0 0 m40 0 1 1 m3
0 0 1 0 m2
0 0 0 1 m1
0 0 0 0 m0
A3
A2
A1
A0
D3D2D1D0
地
址
译
码
器
图 23.3.7 PROM 阵列图
(3)由 PROM编程表画出 PROM的编程阵列图
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例 2,试用 PROM产生一组逻辑函数。
CAY ?0 CBAY ?1
DCBDCBADCBAY ???2
解,(1)由于 PROM的地址译码器是固定的最小
项“与”阵列，所以需将 Y0~ Y2各式化为
最小项形式。
7632
0 )()()(
mmmm
DCBACDBADBCABCDA
DDCBADDBCABBCAY
????
????
??????
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1312
1 )(
mm
DCBADCBADDCABY
??
????
141076
2 )(
mmmm
DBCADA B CB C DADCBA
AADBCB C DADCBAY
????
????
????
(3)由 Y0~ Y2最小项画出 PROM的编程阵列图
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图 23.3.8用 PROM 产生一组逻辑函数
固定“与”
阵列
DCBA A
1
1
B
1
C
1
D
Y0
Y1
Y2
m2 m3 m6 m7 m10m12m13m14
可编程“或”
阵列
1312 mm ?
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2,可改写型只读存储器 (EPROM）
PROM只能 一次 编程，而 EPROM则可
多次 擦去并重新写入 新内容。
擦除方法：在 EPROM器件外壳上有透明的石
英窗口，用紫外线（或 X射线）照射，即可完
成擦除操作。
3,电可改型只读存储器 (EEPROM）
尽管 EPROM能实现擦除重写的目的，但由于紫
外线照射时间和照度均有一定要求，擦除的速度
也比较慢，为此，又产生了 EEPROM。
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23.3.2 可编程逻辑阵列（ PLA）
PLA与 PROM的结构相似，其区别在于 PLA译
码器部分也可由用户自己编程。
1
A2
1
A1
1
A0
&
&
&
&
&
&
≥1
D2 D1
≥1
D0
≥1
图 23.3.9 PLA阵列图
可编程“或”
阵列
可编程“与”
阵列
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例 3, 试用 PLA产生例 2的一组逻辑函数。
CAY ?0 CBAY ?1
DCBDCBADCBAY ???2
解,(1)由于 PLA 的“与”阵列和“或”阵列均
可编程。因此，需将 Y0~ Y2的“与或”逻
辑函数式化简，然后分别对其“与”阵列
和“或”阵列进行编程。
CAY ?0 CBAY ?1
BCADAC
DBCADA B CB C DADCBA
AADBCB C DADCBAY
??
????
???? )(2
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图 23.3.10 用 PLA产生一组逻辑函数
1
A
1
B
1
C
1
D
Y0
Y1
Y2可编程“与” 阵列
与 PROM阵
列的编程相
比 PLA的编
程简捷得多
可编程“与”
阵列
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23.3.3通用阵列逻辑（ GAL）
通用阵列逻辑（ GAL） 是一种可多次编程、
可电擦除 的通用逻辑器件，它具有功能很强的可
编程的输出级，能灵活地改变工作模式。
GAL既能用作组合逻辑器件，也能时序逻辑器件；
其输出引脚既能用作输出端，也能配置成输入端。
此外，它还可以设置加密位。由于 GAL芯片内部
电路结构复杂，具体分析从略。
