【文章內(nèi)容簡介】 存儲器 數(shù)字系統(tǒng)中用于存儲大量二進制信息的器件是存儲器。 穿孔卡片 → 紙帶 → 磁芯存儲器 → 半導體存儲器 半導體存儲器的優(yōu)點：容量大、體積小、功耗低、存取速度快、使用壽命長等。 半導體存儲器按照內(nèi)部信息的存取方式不同分為兩大類： 只讀存儲器 ROM。用于存放永久性的、不變的數(shù)據(jù)。 隨機存取存儲器 RAM。用于存放一些臨時性的數(shù)據(jù)或中間結(jié)果，需要經(jīng)常改變存儲內(nèi)容。 2022/3/13 78 概述 根據(jù)半導體存儲器的存取特性不同 ， 半導體存儲器可分為隨機存取存儲器 （ Random Access Memory， 簡稱 RAM） 和只讀存儲器 （ ReadOnly Memory， 簡稱 ROM） 。 隨機存取存儲器又分為靜態(tài) RAM（ 簡稱 SRAM） 和動態(tài) RAM（ 簡稱 DRAM） ，只讀存儲器可分為掩膜 ROM、 一次可編程 ROM（ PROM） 、 可改寫只讀存儲器 （ EPROM、E2PROM、 Flash Memory） 等 。 2022/3/13 79 半導體存儲器的分類如圖 。 半導體存儲器主要是用作微型計算機中的內(nèi)存儲器，用于存放系統(tǒng)中的程序和數(shù)據(jù)。此外，也可用來構(gòu)成組合邏輯電路。 2022/3/13 80 （ 1） 存儲容量 存儲容量是存儲器的一個重要指標 ， 它是指存儲器能存放二進制代碼的數(shù)量 ， 通常用 N M（ 字 位 ） 來表示 ，N表示存儲器中地址 （ 存儲 ） 單元數(shù) ， M代表每個地址單元中的存儲二進制碼的位數(shù) 。 （ 2） 最大存取時間 存儲器從接收到尋找存儲單元的地址碼開始，到它取出或存入二進制數(shù)碼為止所需的時間叫做存取時間。通常手冊上給出該參數(shù)的上限值，稱為最大存取時間。最大存儲時間愈短，說明存儲器芯片的工作速度愈高。一般情況下， SRAM的工作速度優(yōu)于 DRAM， DRAM的工作速度優(yōu)于只讀存儲器（ ROM）。 2022/3/13 81 隨機存取存儲器（ RAM） 隨機存取存儲器又叫隨機讀 /寫存儲器，簡稱RAM，指的是可以從任意選定的單元讀出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲單元。 優(yōu)點：讀寫方便，使用靈活。 缺點：掉電丟失信息。 分類： SRAM （靜態(tài)隨機存取存儲器） DRAM （動態(tài)隨機存取存儲器） 2022/3/13 82 1. RAM的結(jié)構(gòu)和讀寫原理 （ 1） RAM 的結(jié)構(gòu)框圖 RAM 的結(jié)構(gòu)框圖 I/O端畫 雙箭 是因為數(shù)據(jù)即可由此端口讀出，也可寫入 2022/3/13 83 ① 存儲矩陣 共有 28（＝ 256） 行 24（＝ 16） 列共 212（＝4096） 個信息單元（即字） 每個信息單元有 k位二進制數(shù)（ 1或 0） 存儲器中存儲單元的數(shù)量稱為 存儲容量 （＝字數(shù) 位數(shù) k）。 2022/3/13 84 ② 地址譯碼器 行 地址譯碼器：輸入 8位行地址碼，輸出 256條行選擇線（用 x表示） 列 地址譯碼器：輸入 4位列地址碼，輸出 16條列選擇線（用 Y表示） 2022/3/13 85 ③ 讀寫控制電路 當 R/W =0時，進行 寫入 (Write)數(shù)據(jù)操作。 當 R/W =1時，進行 讀出 (Read)數(shù)據(jù)操作。 2022/3/13 86 RAM存儲矩陣的示意圖 2564（ 256個字，每個字 4位） RAM存儲矩陣的示意圖。 如果 X0＝ Y0＝ 1，則選中第一個信息單元的 4個存儲單元，可以對這 4個存儲單元進行讀出或?qū)懭搿? 2022/3/13 87 （ 2） RAM 的讀寫原理 （ 以圖 8－ 1為例 ） 當 CS=０ 時， RAM被選中工作。 若 A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000 表示選中列地址為 A11A10A9A8=0000、行地址為A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存儲單元。 此時只有 X0和 Y0為有效，則選中第一個信息單元的 k個存儲單元，可以對這 k個存儲單元進行讀出或?qū)懭搿? 2022/3/13 88 若此時 R/W＝ 1， 則執(zhí)行 讀 操作 ， 將所選存儲單元中的數(shù)據(jù)送到 I/O端上 。 若此時 R/W=0時，進行 寫 入數(shù)據(jù)操作。 當 CS=1時，不能對 RAM進行讀寫操作，所有端均為 高阻態(tài) 。 2022/3/13 89 （ 3） RAM的存儲單元按工作原理分為： 靜態(tài)存儲單元 ：利用基本 RS觸發(fā)器存儲信息。保存的信息不易丟失。 動態(tài)存儲單元 ：利用 MOS的柵極電容來存儲信息。由于電容的容量很小，以及漏電流的存在，為了保持信息，必須定時給電容充電，通常稱為 刷新 。 2022/3/13 90 2. 靜態(tài)讀寫存儲器 （ SRAM） 集成電路 6264簡介 采用 CMOS工藝制成 ，存儲容量為 8K 8位 ， 典型存取時間為 100ns、 電源電壓＋ 5V、 工作電流 40mA、 維持電壓為 2V， 維持電流為2μA。 8K=213， 有 13條地址線A0~A12； 每字有 ８ 位 ， 有 ８ 條數(shù)據(jù)線 I/O0～ I/O7； 6264引腳圖 四條控制線 2022/3/13 91 表 １ 6264的工作方式表 3. Intel2114A是 1 K字 4位 SRAM，它是雙列直插18腳封裝器件，采用 5V供電，與 TTL電平完全兼容。 4. Intel 2116是 16 K 1位動態(tài)存儲器（ DRAM），是典型的單管動態(tài)存儲芯片。它是雙列直插 16腳封裝器件，采用 +12V和 177。 5V三組電源供電，其邏輯電平與 TTL兼容。 2022/3/13 92 只讀存儲器（ ROM） 1. 固定 ROM 只讀存儲器所存儲的內(nèi)容一般是固定不變的，正常工作時只能讀數(shù)，不能寫入，并且在斷電后不丟失其中存儲的內(nèi)容，故稱為只讀存儲器。 ROM組成： 地址譯碼器 存儲矩陣 輸出電路 ROM結(jié)構(gòu)方框圖 2022/3/13 93 地址譯碼器有 n個輸入端 ， 有 2n個輸出信息 ， 每個輸出信息對應(yīng)一個信息單元 ， 而每個單元存放一個字 ， 共有 2n個字 （ W0、 W … W2n1稱為字線 ） 。 每個字有 m位 ， 每位對應(yīng)從 D0、 D … Dm1輸出 （ 稱為位線 ） 。 存儲器的容量是 2n m(字線 位線 )。 ROM中的存儲體可以由二極管 、 三極管和 MOS管來實現(xiàn) 。 2022/3/13 94 二極管 ROM 字的讀出方法 在對應(yīng)的存儲單元內(nèi)存入的是 1還是 0，是由接入或不接入相應(yīng)的二極管來決定的。 2022/3/13 95 存儲矩陣 為了便于表達和設(shè)計，通常將圖 85簡化如圖 87 所示。 4 4 ROM陣列圖 有存儲單元 地址譯碼器 二極管 ROM 2022/3/13 96 在編程前，存儲矩陣中的全部存儲單元的熔絲都是連通的，即每個單元存儲的都是 1。 用戶可根據(jù)需要 ， 借助一定的編程工具 ， 將某些存儲單元上的熔絲用大電流燒斷 ， 該單元存儲的內(nèi)容就變?yōu)?0， 此過程稱為編程 。 熔絲燒斷后不能再接上，故 PROM只能進行一次編程。 2．可編程只讀存儲器（ PROM） PROM的可編程存儲單元 2022/3/13 97 3．可擦可編程 ROM（ EPROM） 最早出現(xiàn)的是用紫外線照射擦除的 EPROM。 浮置柵 MOS管 （ 簡稱 FAMOS管 ） 的柵極被SiO2絕緣層隔離 ， 呈浮置狀態(tài) ， 故稱浮置柵 。 當浮置柵帶負電荷時 ， FAMOS管處于導通狀態(tài) ， 源極－漏極可看成短路 ， 所存信息是 0。 若浮置柵上不帶有電荷 ， 則 FAMOS管截止 ， 源極－漏極間可視為開路 ， 所存信息是 1。 2022/3/13 98 浮置柵 EPROM (a) 浮置柵 MOS管的結(jié)構(gòu) (b) EPROM存儲單元 帶負電 導通 存 0 不帶電 截止 存 1 2022/3/13 99 浮置柵 EPROM出廠時，所有存儲單元的FAMOS管浮置柵都不帶電荷， FAMOS管處于截止狀態(tài)。 寫入信息時，在對應(yīng)單元的漏極與襯底之間加足夠高的反向電壓，使漏極與襯底之間的 PN結(jié)產(chǎn)生擊穿，雪崩擊穿產(chǎn)生的高能電子堆積在浮置柵上，使 FAMOS管導通。 當去掉外加反向電壓后，由于浮置柵上的電子沒有放電回路能長期保存下來，在的環(huán)境溫度下，７０％ 以上的電荷能保存 １０ 年以上。 如果用紫外線照射 FAMOS管 １０～３０ 分鐘，浮置柵上積累的電子形成光電流而泄放，使導電溝道消失， FAMOS管又恢復(fù)為截止狀態(tài)。為便于擦除，芯片的封裝外殼裝有透明的石英蓋板。 2022/3/13 100 存儲器容量的擴展 存儲器的容量：字數(shù) 位數(shù) ⑴ 位擴展 （ 即字長擴展 ） ：將多片存儲器經(jīng)適當?shù)倪B接 ， 組成位數(shù)增多 、 字數(shù)不變的存儲器 。 方法：用同一地址信號控制 n個相同字數(shù)的 RAM。 2022/3/13 101 例：將 256 1的 RAM擴展為 256 8的 RAM。 將 8塊 256 1的 RAM的所有地址線和 CS（ 片選線 ）分別對應(yīng)并接在一起 ， 而每一片的位輸出作為整個RAM輸出的一位 。 2022/3/13 102 256 8RAM需 256 1RAM的芯片數(shù)為： 812568256 ?????一片存儲容量總存儲容量N圖 810 RAM位擴展 將 256 1的 RAM擴展為 256 8的 RAM 2022/3/13 103 ⑵ 字擴展 將多片存儲器經(jīng)適當?shù)倪B接 ， 組成字數(shù)更多 ，而位數(shù)不變的存儲器 。 例：由 1024 8的 RAM擴展為 4096 8的 RAM。 共需四片 1024 8的 RAM芯片 。 1024 8的 RAM有 10根地址輸入線 A9～ A0。 4096 8的 RAM有 12根地址輸入線 A11～ A0。 選用 2線 4線譯碼器 ， 將輸入接高位地址 A1A10， 輸出分別控制四片 RAM的片選端 。 2022/3/13 104 RAM字擴展 由 1024 8的 擴展為 4096 8的 RAM 2022/3/13 105 (3) 字位擴展 例：將 1024 4的 RAM擴展為 2048 8 RAM。 位擴展需 2片芯片 ， 字擴展需 2片芯片 ， 共需 4片芯片 。 字擴展只增加一條地址輸入線 A10， 可用一反相器便能實現(xiàn)對兩片 RAM片選端的控制 。 字擴展是對存儲器輸入端口的擴展 ， 位擴展是對存儲器輸出端口的擴展 。 2022/3/13 106 RAM的字位擴展 將 1024 4的 RAM擴展為 2048 8 RAM 2022/3/13 107 存儲器在組合邏輯電路中的應(yīng)用 EPROM的應(yīng)用 程序存儲器、碼制轉(zhuǎn)換、字符發(fā)生器、波形發(fā)生器等。 例：試用 2716EPROM設(shè)計一個驅(qū)動共陰極八段字符顯示器的顯示譯碼器 。 [解 ] 根據(jù)題目要求可知，該顯示譯碼器是一個輸入變量為 4，輸出變量為 8的組合邏輯電路2716EPROM是 2K 8位的 EPROM芯片，共有 11根地址線（即 A10～ A0）、 8根數(shù)據(jù)線（即 D7～D0）。 2022/3/13 108 顯示譯碼器的 BCD碼輸入 D、C、 B、 A分別接 2716EPROM的 A A A A0，譯碼輸出 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h分別接 2716EPROM的 D0、 DD D D D D D7，2716EPROM的多余高位地址線 A10～ A4都接低電平，即在前 16個地址上儲存顯示譯碼數(shù)據(jù)，而其它地址單元的數(shù)據(jù)可任意。用2716EPROM構(gòu)