1、第六章 半导体存储器,半导体存储器是一种由半导体器件构成的能够存储数据、运算结果、操作指令的逻辑部件。用于计算机的内存及数字系统存储部件。,6.1 概述,6.2 只读存储器,6.3 随机存取存储器,6.1 概述 6.1.1 半导体存储器的特点及分类,按存储信号的原理不同：分为静态存储器和动态存储器两种。,静态存储器是以触发器为基本单元来存储0和1的，在不失电的情况下，触发器状态不会改变； 动态存储器是用电容存储电荷的效应来存储二值信号的。电容漏电会导致信息丢失，因此要求定时对电容进行充电或放电。 称为刷新。动态存储器都为MOS型。 按工作特点不同：分成只读存储器、随机存取存储器。,6.1.2
2、半导体存储器的主要技术指标： 半导体存储器有两个主要技术指标：存储容量和存取时间。 1、存储容量： 存储器中存储单元个数叫存储容量，即存放二进制信息的多少。,存储器中二值代码都是以字的形式出现的。一个字的位数称做字长。例如，16位构成一个字，该字的字长为16位。一个存储单元只能存放一位二值代码，要存储字长为16的一个字，就需要16个存储单元。若存储器能够存储1024个字，就得有102416个存储单元。通常，存储容量应表示为字数乘以位数。,例如: 某存储器能存储1024个字 ，每个字4位，那它的存储容量就为10244=4096，即该存储器有4096个存储单元。存储器写入（存）或者读出（取）时，每
3、次只能写入或读出一个字。若字长为8位，每次必须选中8个存储单元。选中哪些存储单元，由地址译码器的输出来决定。即由地址码来决定。,地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的关系。如果某存储器有十个地址输入端，那它就能存210=1024个字。2、存取周期连续两次读（写）操作间隔的最短时间称为存取周期。,6.2 只读存储器 半导体只读存储器(Read-only Memory,简称ROM)是只能读不能写的存储器。通常用其存放固定的数据和程序，如计算机系统的引导程序、监控程序、函数表、字符等。 只读存储器为非易失性存储器，去掉电源，所存信息不会丢失。,ROM按存储内容的写入方式，可分为固定ROM,可编程序
4、只读存储器，简称（PROM)和可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，简称EPROM)。 固定ROM：在制造时根据特定的要求做成固定的存储内容，出厂后，用户无法更改，只能读出。,PROM：存储内容可以由使用者编制写入，但只能写入一次，一经写入就不能再更改。 EPROM：存储内容可以改变，但EPROM所存内容的擦去或改写，需要专门的擦抹器和编程器实现。在工作时，也只能读出。 E2PROM：可用电擦写方法擦写。,6.2.1 固定只读存储器(ROM),图6-1 ROM结构图,ROM由地址译码器、存储矩阵、输出和控制电路组成，如图6-1所示
5、。,位线与字线之间逻辑关系为： D0=W0+W 1 D1=W1+W3 D2=W0+W2+W3 D3=W1+W3,图6-3 ROM的符号矩阵,存储矩阵的输出和输入是或的关系，这种存储矩阵是或矩阵。地址译码器的输出和输入是与的关系，因此ROM是一个多输入变量（地址）和多输出变量（数据）的与或逻辑阵列。,6.2.2 可编程只读存储器(PROM) PROM和ROM的区别在于ROM由厂家编程，PROM由用户编程。出厂时PROM的内容全是0或全是1，使用时，用户可以根据需要编好代码，写入PROM中。,6.2.3 可擦可编程只读存储器(EPROM) 可擦除可编程存储器又可以分为：光可擦除可编程存储器UVEP
6、ROM(UltraViolet Ereasable Programmable ReadOnly Memory) 电可擦除可编程存储器E2 PROM (Electrical Ereasable Programmable ReadOnly Memory) 快闪存储器(Flash Memory)等。,例6-1试用ROM设计一个能实现函数y=x2的运算表电路,x的取值范围为015的正整数。 解：因为自变量x的取值范围为015的正整数,所以应用4位二进制正整数,用B=B3B2B1B0表示,而 y的最大值是=225,可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。根据y=x2的关系可列出 Y7
7、、 Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0,与B3、B2、B1、B0之间的关系如表6-2所示。根据表6-2可以写出Y的表达式： Y7=（12，13，14，15） Y6=（8，9，10，11，14，15） Y5=（6，7，10，11，13，15） Y4=（4，5，7，9，11，12） Y3=（3，5，11，13） Y2=（2，6，10，14） Y1=0 Y0=（1，3，5，7，9，11，13，15 ）,真值表,根据表达式画出ROM存储点阵如下图。,ROM点阵图,6.3 随机存取存储器,随机存取存储器RAM（Random Access Memory）可随时从任一指定地址存入（写入）或取出（读出）
8、信息。 在计算机中，RAM用作内存储器和高速缓冲存储器。RAM分为静态RAM和动态RAM；静态RAM又分为双极型和MOS型。,6.3. 2 动态RAM 动态RAM与静态RAM的区别在于：信息的存储单元是由门控管和电容组成。用电容上是否存储电荷表示存1或存0。为防止因电荷泄漏而丢失信息，需要周期性地对这种存储器的内容进行重写，称为刷新。动态MOS存储单元电路主要是三管和单管结构。,1、三管动态存储单元2、单管动态存储单元,6.3.3 集成RAM简介 图6-14是Intel公司的MOS型静态2114的结构图。10244位RAM。可以选择4位的字1024个。采用X、Y双向译码方式。4096个存储单元
9、排列成64行64列矩阵，64列中每四列为一组，分别由16根Y译码输出线控制。即每一根译码输出线控制存储矩阵中四列的数据输入、输出通路，读写操作在 （读/写信号）和 （选片信号）的控制下进行。,当 =0且 =1时，实现读出操作，当 =0且 =0时执行写操作。 正确使用2114 RAM的关键是掌握各种信号的时序关系。不作详细介绍。,图6-14 2114RAM10244位存储器结构图,6.3.4 RAM的扩展 RAM的种类很多，存储容量有大有小。当一片RAM不能满足存储容量需要时，就需要将若干片RAM组合起来，构成满足存储容量要求的存储器。RAM的扩展分为位扩展和字扩展两种。1. 位扩展 字数满足要
10、求，而位数不够时，应采用位扩展。,实现位扩展的原则是： 多个单片RAM的I/O端并行输出。 多个RAM的CS接到一起，作为RAM的片选端（同时被选中）； 地址端对应接到一起，作为RAM的地址输入端。 多个单片RAM的R/W端接到一起，作为RAM的读/写控制端（读/写控制端只能有一个）；,图6-15是用4片2561位的RAM扩展成2564位的RAM的接线图。,图6-15 RAM位扩展接线图,2.字扩展 在RAM的数据位的位数足够，而字数达不到要求时，需要进行字扩展。字数增加，地址线数就得相应增加。如2568位RAM的地址线数为8条，而10248位RAM的地址线数为10条（接线见图6-16）。 实
11、现字扩展的原则是：多个单片RAM的I/O端并接，作为RAM的I/O端 .,多片构成字扩展之后，每次访问只能选中一片，选中哪一片，由字扩展后多出的地址线决定。多出的地址线经输出低有效的译码器译码，接至各片RAM的CS端；地址端对应接到一起，作为低位地址输入端。R/W端接到一起作为RAM的读/写控制端（读写控制端只能有一个）；,图6-16 RAM的字扩展接法,例6-1 试用10244位RAM实现40968位存储器。 解：40968位存储器需10244位RAM的芯片数,根据2n =字数，求得4096个字的地址线数n=12，两片10244位RAM并联实现了位扩展，达到8位的要求。 地址线A11、A10接译码器输入端，译码器的每一条输出线对应接到二片10244位RAM的CS 端。连接方式见图6-17所示。,RAM的字、位扩展,地址总线,数据总线,
