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1、内容提要半导体存储器的分类与主要技术指标只读存储器ROM的结构和工作原理随机存取存储器RAM的结构和工作原理存储器容量的扩展方法,数字电子技术基础实用教程,随机存取存储器 Rand Access Memory(RAM)静态随机存取存储器 Static RAM(SRAM)动态随机存取存储器 Dynamic RAM(DRAM)只读存储器 Read-Only Memory(ROM)可编程只读存储器 Programmable Read-Only Memory(PROM)紫外线可擦除只读存储器 Erasable PROM(EPROM)电可擦除只读存储器 Electrically EPROM(E2 PRO
2、M)快闪存储器 Flash Memory,双 语 对 照,数字信息在运算或处理过程中，需要进行大量的数据存储，由此应有专门的存储器。存储器一般是由许多触发器或其它记忆元件构成的用以存储一系列二进制数码的器件。存储器的种类很多，其中，半导体存储器是大规模集成电路，有品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。,8.1半导体存储器概述,8.1.1半导体存储器的分类：,1按工艺的不同，分为双极型和单极型,2按读、写能力的不同，分为RAM和ROM。,8.1.2存储器的技术指标,1.存储容量,存储器存放数据的多少，即存储单元的总数。,存储单元通常以“字”为
3、单位排列成矩阵形式，一个字有若干位数据，每位数据各自存放在一个存储单元中。字：地址线的译码位：数据线,存储容量表示方法：字位，如,存储容量表示方法：字位，如,某个存储器有12根地址线，8根数据线，则12根地址线可以译出212=22210=4K个字线，8根数据线为8根位线，其存储容量为4K8=32KB。,2.存取时间 访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需要的时间，一般为十几纳秒至几百纳秒。最大存取时间越小，存储器芯片的工作速度也就越快。,1.特点：只读存储器，在元件正常工作的情况下，其中的代码与数据将永久保存其存储的内容固定不变。因此，只能读出，不能随时写入。,8.2 只读存储器(ROM)
4、,ROM的用途：,一般应用于PC系统的程序码、主机板上的 BIOS(基本输入/输出系统Basic Input/Output System)等。,PROM：一次性可编程只读存储器（Programmble ROM）使用前，用户一次性写入数据，不得改写。,ROM的种类：,MROM：掩模只读存储器（Masked ROM）制造时固化数据，工作中只读，得不改写。,EPROM：紫外线可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM）数据写入后，可用紫外线照射擦除。擦除后可重写。,E2PROM：电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable PROM）数据写入后，可施加电信号将数据擦除
5、，并写入新数据，可反复擦写上百次，适用于开发阶段或小批量产品的生产。可在线读写。,FLASH E2PROM：闪烁存储器。具有E2PROM的擦写特点，擦除速度快得多，擦写次数达上千次。,ROM主要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分组成。,2.基本结构及作用,（1）地址译码器将输入的地址代码译成相应的控制信号，利用这个控制信号从存储矩阵中寻址，以便能把其中的数据送到输出缓冲器中读取。,（2）存储矩阵由许多存储单元排列而成。每个单元能存放1位二值代码（0或1）。每一个或每一组存储单元有一个对应的地址代码。存储单元可由二极管、双极型三极管或MOS管构成。,（3）输出缓冲器由三态门组成，用于提高存
6、储器的带负载能力，并实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。,3.典型芯片2716,Al0A0：11条地址线，2K=2048个字存储单元；D7D0：双向数据信号输入输出引脚；：片选信号：数据输出允许控制信号引脚 Vcc：+5v电源，用于在线的读操作；VPP：+25v电源，用于在专用装置上进行写操作；GND：地。,24个引脚：,2716型EPROM工作方式,4.操作时序,8.2.2掩模只读存储器,由二极管构成的ROM电路：,位线,字线,W3=A1A0 11.W0=,输入A1A0，译码输出对应字线为1，读出该单元的四位输出数字量D3D2D1D0。,当A1A0=01，对应字线W1=1。W1线
7、上D3、D1、D0三根线与W1间接有二极管，三个二极管会导通，使D3、D1、D0 全为1，而D2为0。若，可在数据输出端得到D3D2D1D0=1011,若把W0 W3 当作变量，则ROM的每一个输出可以看作是W0 W3相“或”,如：,使用 MOS 管的ROM 矩阵：字线和位线间有 MOS 管的单元存储“0”，无 MOS 管的单元存储“1”。,一次可编程序的 ROM，在出厂时全部存储“1”，用户可根据需要将某些单元改写为“0”,然而只能改写一次，称其为 PROM。,若将熔丝烧断，该单元则变成“0”。显然，一旦烧断后不能再恢复。,8.2.3可编程只读存储器PROM,PROM 中的内容只能写一次，有
8、时仍嫌不方便，于是又发展了一种可以改写多次的 ROM，简称 EPROM。它所存储的信息可以用紫外线或 X 射线照射擦去，然后又可以重新编制信息。,8.2.4可擦除的可编程只读存储器 EPROM,8.2.5 电信号擦除可编程只读存储器,8.2.6快闪存储器,（a）结构（b）符号图8.2.9 快闪存储器中的叠栅MOS管,图9.1.13 快闪存储器的存储单元,图9.1.8 Flotox管的结构和符号,图9.1.9 PROM的存储单元,8.2.7 ROM的应用,1.用于存储固定的专用程序,2.利用ROM可实现查表或码制变换等功能,查表功能 查某个角度的三角函数,把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数
9、值作为存放在该地址内的数据，这称为“造表”。使用时，根据输入的地址(角度)，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为“查表”。,码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相应存储单元中的内容即可。,3.用ROM实现逻辑函数,A2A1A0,【例8.2.1】试用设计个八段字符显示的译码器，其真值表由表8.2.3所列。,读写存储器又称随机存储器。,读写存储器的特点是：在工作过程中，既可从存储器的任意单元读出信息，又可以把外界信息写入任意单元，因此它被称为随机存储器，简称 RAM。,RAM 按功能可分为 静态、动态两类；,RAM 按所用器件又可分为双极型和 MOS型两种。,8.3 随机存储器
10、(RAM),RAM的用途是：电脑开机时，操作系统和应用程序的所有正在运行的数据和程序都会放置其中，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存取。它的工作需要由持续的电力提供，一旦系统断电，存放在里面的所有数据和程序都会自动清空掉，并且再也无法恢复。,根据组成元件的不同，RAM内存又分为以下十八种,02.SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器）静态，指的是内存里面的数据可以长驻其中而不需要随时进行存取。每6颗电子管组成一个位存储单元，因为没有电容器，因此无须不断充电即可正常运作，因此它可以比一般的动态随机处理内存处理速度更快更稳定，往往用来做高速缓存。,01.DRAM（Dynamic
11、 RAM，动态随机存取存储器）一个电子管与一个电容器组成一个位存储单元，DRAM将每个内存位作为一个电荷保存在位存储单元中，用电容的充放电来做储存动作，但因电容本身有漏电问题，因此必须每几微秒就要刷新一次，否则数据会丢失。存取时间和放电时间一致，约为24ms。因为成本比较便宜，通常都用作计算机内的主存储器。,04.FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM，快速页切换模式动态随机存取存储器）改良版的DRAM，大多数为72Pin或30Pin的模块。在96年以前，在486时代和PENTIUM时代的初期，FPM DRAM被大量使用。,03.VRAM（Video RAM，视频内存）它的主
12、要功能是将显卡的视频数据输出到数模转换器中，有效降低绘图显示芯片的工作负担。它采用双数据口设计，其中一个数据口是并行式的数据输出入口，另一个是串行式的数据输出口。多用于高级显卡中的高档内存。,05.EDO DRAM（Extended Data Out DRAM，延伸数据输出动态随机存取存储器）这是继FPM之后出现的一种存储器，一般为72Pin、168Pin的模块。它不需要像FPM DRAM那样在存取每一BIT 数据时必须输出行地址和列地址并使其稳定一段时间，然后才能读写有效的数据，而下一个BIT的地址必须等待这次读写操作完成才能输出。因此它可以大大缩短等待输出地址的时间，其存取速度一般比FPM
13、模式快15%左右。它一般应用于中档以下的Pentium主板标准内存，后期的486系统开始支持EDO DRAM，到96年后期，EDO DRAM开始执行。,06.BEDO DRAM（Burst Extended Data Out DRAM，爆发式延伸数据输出动态随机存取存储器）这是改良型的EDO DRAM，是由美光公司提出的，它在芯片上增加了一个地址计数器来追踪下一个地址。它是突发式的读取方式，也就是当一个数据地址被送出后，剩下的三个数据每一个都只需要一个周期就能读取，因此一次可以存取多组数据，速度比EDO DRAM快。但支持BEDO DRAM内存的主板可谓少之又少，只有极少几款提供支持（如VIA
14、 APOLLO VP2），因此很快就被DRAM取代了。,08.WRAM（Window RAM，窗口随机存取存储器）韩国Samsung公司开发的内存模式，是VRAM内存的改良版，不同之处是它的控制线路有一、二十组的输入/输出控制器，并采用EDO的资料存取模式,因此速度相对较快，另外还提供了区块搬移功能（BitBlt），可应用于专业绘图工作上。,07.MDRAM（Multi-Bank DRAM，多插槽动态随机存取存储器）MoSys公司提出的一种内存规格，其内部分成数个类别不同的小储存库(BANK)，也即由数个属立的小单位矩阵所构成，每个储存库之间以高于外部的资料速度相互连接，一般应用于高速显示卡或
15、加速卡中，也有少数主机板用于L2高速缓存中。,10.SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存取存储器）这是一种与CPU实现外频Clock同步的内存模式，一般都采用168Pin的内存模组，工作电压为3.3V。所谓clock同步是指内存能够与CPU同步存取资料，这样可以取消等待周期，减少数据传输的延迟，因此可提升计算机的性能和效率。,09.RDRAM（Rambus DRAM，高频动态随机存取存储器）Rambus公司独立设计完成的一种内存模式，速度一般可以达到500530MB/s，是DRAM的10倍以上。但使用该内存后内存控制器需要作相当大的改变，因此它们一般应用于专业的图形加速
16、适配卡或者电视游戏机的视频内存中。,12.SB SRAM（Synchronous Burst SRAM，同步爆发式静态随机存取存储器）一般的SRAM是非同步的，为了适应CPU越来越快的速度，需要使它的工作时脉变得与系统同步，这就是SB SRAM产生的原因。,11.SGRAM（Synchronous Graphics RAM，同步绘图随机存取存储器）SDRAM的改良版，它以区块Block，即每32bit为基本存取单位，个别地取回或修改存取的资料，减少内存整体读写的次数，另外还针对绘图需要而增加了绘图控制器，并提供区块搬移功能（BitBlt），效率明显高于SDRAM。,14.DDR SDRAM（D
17、ouble Data Rate二倍速率同步动态随机存取存储器）作为SDRAM的换代产品，它具有两大特点：其一，速度比SDRAM有一倍的提高；其二，采用了DLL（Delay Locked Loop：延时锁定回路）提供一个数据滤波信号。这是目前内存市场上的主流模式。,13.PB SRAM（Pipeline Burst SRAM，管线爆发式静态随机存取存储器）CPU外频速度的迅猛提升对与其相搭配的内存提出了更高的要求，管线爆发式SRAM取代同步爆发式SRAM成为必然的选择，因为它可以有效地延长存取时脉，从而有效提高访问速度。,16.CDRAM（CACHED DRAM，同步缓存动态随机存取存储器）这是
18、三菱电气公司首先研制的专利技术，它是在DRAM芯片的外部插针和内部DRAM之间插入一个SRAM作为二级CACHE使用。当前，几乎所有的CPU都装有一级CACHE来提高效率，随着CPU时钟频率的成倍提高，CACHE不被选中对系统性能产生的影响将会越来越大，而CACHE DRAM所提供的二级CACHE正好用以补充CPU一级CACHE之不足，因此能极大地提高CPU效率。,15.SLDRAM（Synchronize Link，同步链环动态随机存取存储器）这是一种扩展型SDRAM结构内存，在增加了更先进同步电路的同时，还改进了逻辑控制电路，不过由于技术显示，投入实用的难度不小。,18.DRDRAM(Di
19、rect Rambus DRAM)是下一代的主流内存标准之一，由Rambus 公司所设计发展出来，是将所有的接脚都连结到一个共同的Bus，这样不但可以减少控制器的体积，已可以增加资料传送的效率。,17.DDRII(Double Data Rate Synchronous DRAM，第二代同步双倍速率动态随机存取存储器)DDRII 是DDR原有的SLDRAM联盟于1999年解散后将既有的研发成果与DDR整合之后的未来新标准。DDRII的详细规格目前尚未确定。,图8.3.1 SRAM的结构框图,一、基本存储单元,介绍基本存储单元的工作原理:,由增强型 NMOS管T1、T2、T3和T4 构成一个基本
20、 R-S触发器，它是存储信息的基本单元。而T5和T6是门控管，由字线Wi控制其导通或截止：Wi1则导通，否则截止。,二、存储器的整体结构,RAM的电路符号：,RAM组件及其连接,常用RAM组件的类型很多，以下介绍两种：RAM2114和RAM6116。,RAM2114共有10根地址线，4根数据线。故其容量为：1024字4位（又称为1K 4）,RAM6116的容量为：2048字8位（又称为2K 8）,RAM2114、2116的管脚图,8.4 存储器容量的扩展,三种方式:位扩展、字扩展和字位同时扩展。,位扩展：存储器的字数不变，每个字的位数需要增加。,RAM的地址线条数为n，则该RAM就有2n个字，
21、位扩展地址线不用再增加。把若干片位数相同的RAM芯片地址线共用，片选端 共用，每个RAM片的I/O端并行输出，即实现了位扩展。,将10244RAM 扩展到10248RAM,例,字扩展,在RAM的数据位数满足要求而字数达不到要求时，需字扩展。字数要增加，地址线就要做相应增加。,方法：各片RAM对应的数据线联接在一起；低位地址线也并联接起来，而高位的地址线，需要扩展，通常经过译码器译码，然后将其输出按高低位接至各片的选片控制端。,4片的10条I/O线共用，扩展两位高位地址线A10、A11，控制4片的片选端。读写控制端接在一起。,把1K4RAM扩展成4K8RAM,例,解：确定需用的1K4RAM芯片数,210=1k212=4k，,用1K4接成4K4位型存储器时，高位地址和存储单元的关系如下表：,8片的10条I/O线共用，扩展三位高位地址线A10、A11、A12，控制8片的片选端。读写控制端接在一起。,解：确定需用的1K8RAM芯片数,210=1k213=8k，,把1K8RAM扩展成8K8RAM,例,字、位同时扩展,当存储器的字数和位数都不够时，都需要扩展。此时既需要扩展地址线的数量，也需要扩展每组存储器的位数。,方法:先进行位扩展后再进行字扩展。,试把642RAM扩展成1284RAM,例,解：1284RAM需642RAM的芯片数：,连线图：,
