數(shù)字電子第7章

第七章半導(dǎo)體存儲器§7.1概述§7.2順序存取存儲器(SAM)§7.3隨機存取存儲器(RAM)§7.4只讀存儲器(ROM)觸發(fā)器存儲1位二進制信息寄存器存儲1組二進制信息存儲器存儲信息量比寄存器大得多把成千上萬個(寄存器)存儲單元按一定規(guī)則組合起來，并輔以必要的控制電路，形成一個存儲陣列，這就是半導(dǎo)體存儲器。特點：集成度高、體積小、可靠性高、價格低、外圍電路簡單且易于接口、便于批量生產(chǎn)等。7.1半導(dǎo)體存儲器的特點與分類

用途：在計算機或數(shù)字系統(tǒng)中存儲數(shù)據(jù)。1.存儲器定義：存儲大量二值信息（或稱為二值數(shù)據(jù)）的半導(dǎo)體器件。與寄存器的區(qū)別：以字為單位存取，每字包含若干位。各個字的相同位通過同一引腳與外界聯(lián)系。每個字分配一個地址，因此內(nèi)部有地址譯碼器。6.1.2半導(dǎo)體存儲器的分類

按制造工藝分：雙極型和MOS型。速度快、功耗大、價格高，主要用于對速度要求較高的場合（高速緩存用）集成度高、功耗低、價格低，大容量存儲器都是用MOS工藝制作的（內(nèi)存）按存取功能分：順序存取存儲器、隨機存取存儲器和只讀存儲器三類。順序存取存儲器(SAM---SequentialAccessMemory)

對信息的存入或取出是按順序進行的，具有“先進先出”或“先進后出”的特點。隨機存取存儲器(RAM---RandomAccessMemory)

：可在任何時刻隨機地對任一個存儲單元直接存取信息。只讀存儲器(ROM---ReadOnlyMemory)：只讀存儲器所存儲的信息是事先被固化在存儲器中的，其信息可以長期保存，斷電也不丟失

7.2隨機存取存儲器（RAM）隨機存取存儲器(RAM---RandomAccessMemory)

：可在任何時刻隨機地對任一個存儲單元直接存取信息。讀出寫入字：若干個二進制存儲單元構(gòu)成一個字。字長：一個字中所含二進制數(shù)的位數(shù)稱為字長容量：存儲容量等于字?jǐn)?shù)乘以字長。2048×8表示這個RAM芯片有2048個字每個字的字長是8位則它的容量為16384位存儲單元存儲器的幾個概念7.2.1RAM的結(jié)構(gòu)與工作原理

RAM以字為單位組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用若干個二進制存儲單元構(gòu)成一個字。每個字都被賦予一個確定的地址，一個字中所含二進制的位數(shù)稱為字長。RAM存儲容量=字?jǐn)?shù)×字長(位數(shù))=2n×Mn是地址線的條數(shù)M是數(shù)據(jù)線的條數(shù)如：一個RAM芯片有2048個字，每個字長是8位，則它的存儲容量=2048×8=16384個存儲單元。存儲器的字?jǐn)?shù)常以210=1024的倍數(shù)表示，并把1024稱為1K。如：一個有11條地址線和8條數(shù)據(jù)線的存儲器，它的存儲容量表示為2K×8bit有一個32K×8的RAM，有多少個基本存儲單元？32×1024×8有一個2K×4的RAM，有多少個基本存儲單元？2×1024×4

RAM主要由存儲矩陣，地址譯碼器及讀/寫控制電路三部分組成，如圖所示。存儲矩陣讀寫控制電路I/OCSR/W行地址譯碼器A0Ai+1Ai列地址譯碼器An–1……地址譯碼器功能是實現(xiàn)字的選擇,每輸入一組地址碼就選擇一個字,在大容量存儲器中,通常將輸入地址分為行地址和列地址,及讀/寫控制電路三部分組成，如圖所示。存儲矩陣讀寫控制電路I/OCSR/W行地址譯碼器A0Ai+1Ai列地址譯碼器An–1……合用一條雙向數(shù)據(jù)線1、存儲矩陣：由若干存儲單元排列成矩陣形式。每個存儲單元存放1位二進制數(shù)據(jù)。存儲器以字為單位組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，常以字?jǐn)?shù)和字長的乘積表示存儲器的容量例:一個容量為256×4（256個字，每字4位）的存儲器，有1024個存儲單元，這些單元可以排成32行×32列的矩陣，每行有32個存儲單元，每4列存儲單元連接在相同的列地址譯碼線上，組成一個字列，即，每行可存儲8個字，所以圖中有32根行地址選擇線和8根列地址選擇線。行地址譯碼器……Y1Y0Y7列地址譯碼器存儲單元字x0x31…例:一個容量為256×1（256個字，每字1位）的存儲器，8位二進制地址A7~A0恰好可以編出28=256個地址代碼。有256個存儲單元，這些單元可以排成16行×16列的矩陣，每行有16個存儲單元，所以圖中有16根行地址選擇線和16根列地址選擇線。行地址譯碼器……Y1Y0Y16列地址譯碼器存儲單元x0x15A0A1A2A3A4A5A6A711111111000011112、地址譯碼器：根據(jù)地址輸入，在存儲矩陣中選出指定的字對應(yīng)的單元，把數(shù)據(jù)送往輸出緩沖器。上述256個存儲單元，可以看做256個房間，為了便于尋找，必須編號，即確定地址。8位二進制A7~A0可以編出28=256個地址代碼當(dāng)?shù)刂纷g碼器的輸入變量（地址變量）為n時，即譯出2n個地址。例如：A7~A0=00001111，便可對15行0列單元進行讀寫

A7~A0=10010011，便可對3行9列單元進行讀寫3、讀寫控制與片選控制。線共用讀寫控制時,讀出狀態(tài)時,寫入狀態(tài)片選控制表示此片被選中

7.2.2RAM的存儲單元按工作原理不同靜態(tài)存儲單元和動態(tài)存儲單元RAM的核心是存儲矩陣中的存儲單元。存儲單元按所用器件不同有雙極型和MOS型兩類。靜態(tài)存儲單元——6116（2K

×8位），6264

（8K

×8位），62256（32K

×8位）為采用CMOS管，靜態(tài)功耗極小。在斷電時，可以用小型鋰電池供電，長期保存所存儲的信息。動態(tài)存儲單元——用MOS管的柵極電容實現(xiàn)暫存信息，需要刷新。動態(tài)存儲單元的電路結(jié)構(gòu)比靜態(tài)存儲單元的電路結(jié)構(gòu)簡單。但不如靜態(tài)RAM使用方便，存取速度比靜態(tài)RAM慢。A0A1A3A5A6GNDCS123456789181716151413121110RAM2114A7A2A4A8A9UCCI/O0I/O1I/O2I/O3R/W2114靜態(tài)RAM它的容量是4K（1024字4位）；有10條輸入地址線A0A9（210=1024），4條數(shù)據(jù)線I/O3I/O0，數(shù)據(jù)線都是經(jīng)三態(tài)門輸出的。一個片選端CS，一個讀寫控制端R/W，電源為+5V。7.2.3RAM存儲容量的擴展當(dāng)一片RAM不能滿足存儲容量需要時，就得將若干片RAM組合起來，擴展成滿足存儲容量要求的存儲器。RAM的擴展分為字?jǐn)U展和位擴展。用1K×4RAM擴展成1K×8位存儲器用1K×4RAM擴展成2K×4位存儲器用1K×4RAM擴展成2K×8位存儲器位擴展（字長擴展）字?jǐn)U展(地址擴展)字與位同時擴展用1K×4RAM擴展成1K×8位存儲器位擴展（字長擴展）:

字?jǐn)?shù)保持不變，增加每個字的位數(shù)方法:1)

把若干片位數(shù)相同的RAM芯片地址線共用2）線共用3）每個RAM片的I/O端并行輸出用1K×4RAM擴展成1K×8位存儲器如:并行輸出1)

把原地址線共用,I/O端共用2）線共用3）根據(jù)需要再增加適當(dāng)?shù)牡刂肪€去控制2.字?jǐn)U展(地址擴展)例如:256×4RAM擴展成1K×4N=1K×4256×4=4片282103.RAM的字與位同時擴展

字與位同時擴展，根據(jù)上述字和位擴展原理，將兩種擴展方法結(jié)合起來便可實現(xiàn)。一般最好先進行位擴展，然后再進行字?jǐn)U展。

用64×2RAM擴展成256×4位存儲器2628N=256×464×2=8片7.3只讀存儲器（ROM）

7.3.1ROM的分類只讀存儲器可分為以下四類： 固定ROM（或稱掩膜ROM）

可編程ROM（PROM）

紫外線可擦除ROM（EPROM）

電可擦除可編ROM（E2PROM）

只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）在存入數(shù)據(jù)后一般不能用簡單的方法將其更改，并且具有掉電后信息不丟失的特點。7.3.2ROM的邏輯結(jié)構(gòu)與工作原理

ROM的基本結(jié)構(gòu)是由一個固定連接的與門陣列和一個可編程連接的或門陣列組成。

只讀存儲器ROM1.工作原理2－4線譯碼器A1,A0的四個最小項字線位線以2位地址輸入和4位數(shù)據(jù)輸出的ROM為例，其存儲矩陣是四組二極管或門：W0=A1A0W1=A1A0W2=A1A0W3=A1A0地址譯碼器+VCCA1A0W0W0=A1A0地址譯碼器是與邏輯陣列只讀存儲器ROM2－4線譯碼器A1,A0的四個最小項字線位線D0=W3=A1A0存儲矩陣，共有16個交叉點，每個交叉點是一個存儲單元，交叉點接二極管，表示該單元存“1”，不接，存“0”D3=W1+W2

=A1A0+A1A0D2=W1+W2+

W3=

A1A0+

A1A0+A1A0D1=W0+W1+

W2=

A1A0+

A1A0+A1A0存儲矩陣D3=W1+W2

D3W1W0W2W3字線位線=A1A0+A1A0位線與字線是或邏輯陣列位線與地址碼之間是與或邏輯關(guān)系例如，當(dāng)輸入地址碼A1A0=00時，字線W0被選中（輸出高電平），其他為低電平，則該字線上的信息就從相應(yīng)的位線上讀出，D3D2D1D0=0010。例如，當(dāng)輸入地址碼A1A0=01時，字線W1被選中（輸出高電平），其他為低電平，則該字線上的信息就從相應(yīng)的位線上讀出，D3D2D1D0=1110。地址譯碼器是與邏輯陣列，位線與字線是或邏輯陣列，位線與地址碼之間是與或邏輯關(guān)系，為了方便，常用簡化畫法，有二極管的存儲單元用一個黑點表示。W0D2D3D1D0A0A1W1W2W3A0A1A0A1A0A1A0A1字線地址譯碼器位線D3W1W0W2W3地址譯碼器A0A1D2D1D0A0A1A0A1A0A1A0A1字線位線D0=W3=A1A0D3=W1+W2

=A1A0+A1A0D2=W1+W2+

W3=

A1A0+

A1A0+A1A0D1=W0+W1+

W2