数字电路第七章

第七章半导体存储器
7.1 随机存取存储器（RAM）RAM的基本结构
RAM的存储单元
RAM的容量扩展
RAM的芯片介绍
7.2 只读存储器（ROM）ROM的分类
ROM的结构及工作原理
ROM的应用
ROM的容量扩展
存储器的基本概念
存储器——用以存储二进制信息的器件。

半导体存储器的分类：
根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：
（1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。

既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。

RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。

（2）只读存储器（ROM）。

其内容只能读出不能写入。

存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。

存储器的容量：存储器的容量=字长（n）×字数（m）
一．RAM 的基本结构
由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。

7.1 随机存取存储器（RAM ）
存储矩阵
读/写控制器
地址译码器
地址码输
片选
读/写控制输入/输出
··
··
··
11
&
&
G G G CS R/W
3
451
G D
D
I/O
G 2
4. 片选及输入/输出控制电路
当选片信号CS ＝1时，G 5、G 4输出为0，三态门G 1、G 2、G 3均处于高阻状态，I/O 端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作。

当CS ＝0时，芯片被选通：当R /W ＝1时，G 5输出高电平，G 3被打开，被选中的单元所存储的数据出现在I/O 端，存储器执行读操作；当R /W ＝0时，G 4输出高电平，G 1、G 2被打开，此时加在I /O 端的数据以
互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。

三．RAM 的容量扩展
1．位扩展
用8片1024（1K ）×1位RAM 构成的1024×8位RAM 系统。

1024×1RAM A A A
R/W CS
01
...I/O I/O ...
1024×1RAM A A A
R/W CS
01
...I/O I/O 1024×1RAM A A A
R/W CS
01
9
...I/O I/O ...
A A 010179
9
9A CS
R/W
2．字扩展
.
.A C Y Y G G 0B G 17
....Y 1
74LS138
+5V
A 12
2A 2B
1024×8RAM
A A A
R/W CS
01
...I/O ...
1024×8RAM
A A A
R/W CS
01
...1024×8RAM
A A A
R/W CS
01
9
...I/O A A 01R/W
17
9
9
9
A 0I/O 0I/O 0I/O I/O 1I/O 1I/O 17
I/O 7
I/O 7
I/O ...
...
...
...
...
A 11A 10例：用8片1K ×8位RAM 构成的8K ×8位RAM 。

四、RAM 芯片简介(6116)
123456789101112
13
14151617181920212223246116
765432112A A A A A A A D D 00A D V A A WE OE CS D D D D D A DD 891076543
GND
6116为2K×8位的静态CMOSRAM
100
CS 片选×0×
OE 输出使能×10
WE 读/写控制×稳定稳定
A 0 ～A 10
地址码输入高阻态输出输入
D 0 ～D 7输出工作模式
低功耗维持
读写6116的功能表
A 0～A 10是地址码输入
端，
D 0～D 7是数据输出端，CS 是选片端，O
E 是输出使能端，WE 是读写控制端。

7.2 只读存储器(ROM)
一．ROM的分类
按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：
（1）固定ROM。

厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。

（2）一次性可编程ROM（PROM）。

出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。

（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。

采用浮栅技术生产的可编程存储器。

其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。

（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。

也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。

E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。

（5）快闪存储器（Flash Memory）。

也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入100万次以上。

二．ROM 的结构及工作原理
输1A A 器...
地入
址译0
n －1
地
码址A ...i单元
n 2 －1
b －1
...
1D ...
W W i
0单元D n
...1位线
...
2 －1输出数据
D W ...
001单元
单元
W 存储单元
字线
1.ROM 的内部结构
由地址译码器和存储矩阵组成。

（3）ROM 存储内容的真值表
与门阵列输出表达式：0
10
A
A W =0
11A A W =0
12A A W =0
13A A W =或门阵列输出表达式：
2
00W W D +=3
211W W W D ++=3
202W W W D ++=3
13W W D +=0 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0
D 3
D 2 D 1 D 0
存储内容0 0
0 11 01 1
A 1 A 0 地
址
三．ROM的应用
1.作函数运算表电路
【例7.2—1】试用ROM构成能实现函数y=x2的运算表电路，x的取值范围为0～15的正整数。

【解】
（1）分析要求、设定变量
自变量x的取值范围为0～15的正整数，对应的4位二进制正整数，用B=B
B2B1B0表示。

根据y=x2的运算关系，可求
3
出y的最大值是152＝225，可以用8位二进制数Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。

（2）列真值表
0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 0 0 00 0 0 1 1 0 0 10 0 1 0 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 10 1 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 0 1 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 0 1
Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0
输
出
0149162536496481100121144169196225
对应十进制数
0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1
B 3 B 2 B 1 B 0
输
入
例7.2—1真值表
（3）写标准与或表达式
Y7=m12+m13+m14+m15
Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15
Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15
Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12
Y3=m3+m5+m11+m13
Y2=m2+m6+m10+m14
Y1=0
Y0=m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15
(4)画ROM存储矩阵结点连接图
为做图方便，我们将ROM矩阵中的二极管用节点表示。

【解】
（1）写出各函数的标准与或表达式：
按A 、B 、C 、D 顺序排列变量，将Y 1、Y 2、Y 4扩展成为四变量逻辑函数。

2.实现任意组合逻辑函数
【例7.2—2】试用ROM 实现下列函数：
ABC
C B A C B A C B A Y +++=1CA
BC Y +=2ABCD
D C AB D C B A D BC A CD B A D C B A Y +++++=3BCD
ACD ABD ABC Y +++=4），，，，
（），，，，，（），，，，，（），，，，，，，（15141311715129630151411107615149854324321m m m m Y Y Y Y ∑=∑=∑=∑
=
（2）选用16×4位ROM ，画存储矩阵连线图：
与）
取列W W W m )1
存门107(码门91W W W 1)
0m 4
1（
(01
1
23W
Y Y Y 14W Y W 11址或
W W 13W 643W 15
12W W 阵521
译器）
阵地矩列（
阵W 8C D
A
B
四．EPROM 举例——2764
V V pp cc
CE PGM
A A D D 12007~~地
2764
A A A A A A A A A A A 012345678910A A 1112O O O O O 0O 12O 345O 67
2
23212425
34567
898kB×82764
10VPP
127PGM (PGM)
V CC
V IH 20CS OE
CS OE
22
1112131415161718
地址输
入
数据
输出A A 120~D D 7~CE 0PGM V pp cc
V 引脚功能地址输入芯片使能编程脉冲电压输入
数 据
五.ROM 容量的扩展
（1）字长的扩展（位扩展）
现有型号的EPROM ，输出多为8位。

下图是将两片2764扩展成8k ×16位EPROM 的连线图。

.....
.......A A O O
CS
OE 00
12
7
....
........A A O O
CS
OE 00
12
7
CS A 0A 12
~
7
D D 8
15~D ~D 13
13
13
8
8
地址总线数据总线8kB×8
8kB×8
2764
2764
U U 1
2
例：用8片2764扩展成64k ×8位的EPROM ：
（2）字数扩展（地址码扩展）
............A A
O O
CS
OE
00
12
7
OE 0A A 12
~
D D ~7
0..0 (12)
A
7
O
OE
A CS
O ..0 (12)
A
7
O
OE
A CS
O .
...
.A A Y Y G G 00A 12G 17
....Y 1
2764
2764276474LS138
U1U2U8+5V
A A A 131415
2A 2B
13
13
13
13
8
8
8
8
地址总线数据总线
本章小节
1．半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件，它可分为RAM和ROM两大类。

2．RAM是一种时序逻辑电路，具有记忆功能。

其存储的数据随电源断电而消失，因此是一种易失性的读写存储器。

它包含有SRAM和DRAM两种类型，前者用触发器记忆数据，后者靠MOS管栅极电容存储数据。

因此，在不停电的情况下，SRAM的数据可以长久保持，而DRAM则必需定期刷新。

3．ROM是一种非易失性的存储器，它存储的是固定数据，一般只能被读出。

根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。

后者又可细分为PROM、EPROM、E2PROM和快闪存储器等，特别是E2ROM 和快闪存储器可以进行电擦写，已兼有了RAM的特性。

4．从逻辑电路构成的角度看，ROM是由与门阵列（地址译码器）和或门阵列（存储矩阵）构成的组合逻辑电路。

ROM的输出是输入最小项的组合。

因此采用ROM构成各种逻辑函数不需化简，这给逻辑设计带来很大方便。

随着大规模集成电路成本的不断下降，利用ROM构成各种组合、时序电路，愈来愈具有吸引力。