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半导体存储器半导体存储器.doc
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半导体存储器半导体存储器
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第 7 章 半导体存储器
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第 7 章 半导体存储器
7.1 半导体存储器的特点和分类
数字信息在运算或处理过程中,需要存放大量的数据。用来存储二进制数据的
器件称为存储器。正是因为有了存储器,计算机才有了对信息的记忆功能。存储器
的种类很多,本章主要讨论半导体存储器。
7.1.1 半导体存储器的特点
品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易。
半导体存储器几乎是当今数字系统中不可缺少的组成部分,比如说,微型计算
机的内存就普遍采用了大容量的半导体存储器。
7.1.2 半导体存储器的分类
按照集成度划分,半导体存储器属于大规模集成电路。
1.按工艺分为
双极型和 MOS 型。MOS 型应用广泛。
2.按存取功能分为
①顺序存取存储器(Sequential Access Memory)
读写按顺序进行:“先入先出”或“先入后出”。
②随机存取存储器(Random Access Memory)
按照存储原理不同,RAM 又分为静态 RAM 和动态 RAM。
动态 RAM 结构简单,集成度高,速度慢。静态 RAM 则相反。
③只读存储器(Read Only Memory)。
前已述及,信息能长期保存,不怕掉电,工作时只能读出数据,不能随时写入
数 据 。 种 类 有 : 固 定 ROM 、 可 编 程 ROM ( PROM )、 可 擦 除 的 编 程 ROM
(EPROM)、电可擦除的编程 ROM(E
2
PROM)。
7.2 随机存取存储器( RAM)
又称为读∕写存储器。一个
存储器有许多存储单元,每个存
储单元存放一位二进制数据。通
常存储器排列成矩阵的形式
RAM 的基本结构如图→
特点:
存储矩阵
行
地
址
译
码
器
列地址译码器
……
A
0
A
i
……
A
i+1
A
n+1
读
写
与
片
选
控
制
CS
R∕W
I∕O
第 7 章 半导体存储器
存储信息量比寄存器大得多。
7.2.1 RAM 结构与工作原理
1.存储矩阵
RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵,用来存储信息,称为存储矩阵。因存储量
大,故以“字”为单位组织内部(存储矩阵)结构。
1 个字含有若干个二进制存储单元。若含有 1024 个存储单元,可以说字数是 1K。
存储器的字数通常用 K、M 或 G 表示,1K=2
10
=1024,1M=2
20
,1G=2
30
。
1 个字中所含的二进制位数称字长。若每个字有 8 位,则字长是 8。
在实用中,常以字数和字长的乘积表示存储器的容量,即
存储器的容量=字数×字长。
图左边虚线框部分是一个容量为 256×1 位的存储矩阵,属多字 1 位结构。256
个字排列成 16×16 的矩阵,中间的每一个小方块代表一个存储单元。为了存取方便,
给它们编上号,16 行编号为 X
0
、X
1
、…、X
15
,16 列编号为 Y
0
、Y
1
、…、Y
15
。这样
每一个存储单元都有了一个固定的编号(X
i
行、Y
j
列),称为地址。
2.地址译码器
地址译码器是第 4 章介绍的二进制译码器,其作用是:将寄存器地址所对应的
二进制数译成有效的行选信号和列选信号,从而选中该存储单元。
存储器中的地址译码器常用双译码结构。上图中,行地址译码器用 4 输入 16 输
出的译码器,地址线(译码器的输入)为 A
0
、A
1
、A
2
、A
3
,输出为 X
0
、X
1
、…、
……
列地址译码器
A
4
A
7
A
5
A
6
行
地
址
译
码
器
……
A
0
A
1
A
2
A
3
X
0
X
15
0, 0
15, 0
……
单元编号
0, 15
15,15
……
Y
0
Y
15
……
读
写
片
选
控
制
CS
R∕W
I∕O
D
D
字线
位线
第 7 章 半导体存储器
X
15
;列地址译码器也用 4 输入 16 输出的译码器,地址线(译码器的输入)为 A
4
、
A
5
、A
6
、A
7
,输出为 Y
0
、Y
1
、…、Y
15
。这样共有 8 条地址线,正好编出 2
8
=256 个地
址代码。(2
n
个字需要 n 条地址线。)
例如,输入地址代码 A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
=11110000,则行选线 X
0
=1、列选线 Y
15
=1,选中第 X
0
行第 Y
15
列的那个存储单元。从而对该寄存器进行数据的读出或写入。
3.读∕写控制与片选控制
RAM 的输入/输出控制电路如下图。(教材 P253 图 6.3.2 右边虚线框部分)
①读/写控制(R∕
W
)
访问 RAM 时,对被选中的寄存器,
究竟是读还是写,通过 R∕
W
控制线进
行控制。
如果是读,则被选中单元存储的
数据经数据线、I∕O
线传送给 CPU;
如果是写,则
CPU 将数据经
过 I∕O 线、数据线
存入被选中单元。
一般 RAM 的读∕写控制线高电平为读,低电平为写;也有的 RAM 读∕写控制
线是分开的,一根为读,另一根为写。
②输入∕输出(I∕O)
RAM 通过 I∕O 端与计算机的中央处理单元(CPU)交换数据,读出时它是输
出端,写入时它是输入端,即一线二用,由读∕写控制线控制。I∕O 端数据线的条
数,与一个地址中所对应的寄存器位数相同,本例为 256×1 位的 RAM,每个地址
中只有 1 个存储单元(1 位寄存器),因此只有 1 条 I∕O 线;而在 1024×4 位的 RAM
中,每个地址中有 4 个存储单元(4 位寄存器),所以有 4 条 I∕O 线(见教材 P255
图 6.3.3)。
也有的 RAM 输入线和输出线是分开的。RAM 的输出端一般都具有集电极开路
或三态输出结构。
③片选控制(CS)
由于受 RAM 的集成度限制,一台计算机的存储器系统往往是由许多片 RAM 组
合而成。CPU 访问存储器时,一次只能访问 RAM 中的某一片(或几片),即存储器
&
&
G
1
G
2
G
3
I∕O
D
D
CS
R∕W
G
4
G
5
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