第4章半导体存储器
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… …
15 4位
WR CS
控制 电路
数据缓冲器 I/O ～I/O 0 3
图4.3 单译码方式
第4章 半导体存储器 2)双译码方式 双译码方式把n位地址线分成两部分，分别进行译码，产
生一组行选择线X和一组列选择线Y，当某一单元的X线和Y线
同时有效时，相应的存储单元被选中。
第4章 半导体存储器
X 0 X 向 译 码 器 X 1 X 2 32× 32＝1024 存储矩阵 1024× 1
第4章 半导体存储器 表4.1 掩膜式ROM的内容
元
位单 0 1 D3 D2 D1 D0
1 1
0 1
1 0
0 1
2
3
0
0
1
1
0
1
1
0
第4章 半导体存储器 4.3.2 可擦可编程的只读存储器
目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦除、可 再编程ROM可分为两种类型：紫外线擦除PROM(简称EPROM) 和电擦除PROM(简称EEPROM或E2PROM)。
5，+12 +5 +5 +5 +5
24 24 24 28 28
16K×8 bit
27256
27512 27513
32 K×8 bit
64 K×8 bit 4×64 K×8 bit
200~450
250~450 250~450
HMOS
HMOS HMOS
+5
+5 +5
28
28 28
第4章 半导体存储器
A 0 A 1 A 2 A 3 A 4
X 31
三 态 双 向 缓 冲 器
…
I/O(1位)
Y Y …Y 0 1 31 Y向译码器 控制电路
A A A A A 5 6 7 8 9
WR RD CS
图4.4 双译码方式
第4章 半导体存储器
4.2 随机读写存储器(RAM)
4.2.1 静态RAM 1. 静态RAM的基本存储电路 静态RAM的基本存储电路通常由6个MOS管组成，如图4.5所 其中，由T1、T2、T3及T4管组成了双稳态触发器电路，T1和T2的 工作状态始终为一个导通，另一个截止。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
Vcc PGM* NC A8 A9 A11 OE* A10 CE* D7 D6 D5 D4 D3
第4章 半导体存储器
4.4 CPU与存储器的连接
• 这是本章的重点内容 • SRAM、EPROM与CPU的连接 • 译码方法同样适合I/O端口
第4章 半导体存储器
EPROM
• 顶部开有一个圆形的石 英窗口，用于紫外线透 过擦除原有信息 • 一般使用专门的编程器 （烧写器）进行编程 • 编程后，应该贴上不透 光封条 • 出厂未编程前，每个基 本存储单元都是信息1 • 编程就是将某些单元写 入信息0
第4章 半导体存储器 表4.3 常用的EPROM芯片
命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，
存取时间越小，存取速度越快。
第4章 半导体存储器 4.1.4 半导体存储器芯片的基本结构
A 0 A 1 地 址 译 码 器 D 0 D 1
…
…
…
A n
…
D N
存储矩阵
三态 数据 缓冲 器
R/W
控制逻辑
CS
图4.2 半导体存储器组成框图
第4章 半导体存储器
1．存储体
存储体是存储器中存储信息的部分，由大量的基本存储电路
组成。每个基本存储电路存放一位二进制信息，这些基本存储电
路有规则地组织起来(一般为矩阵结构)就构成了存储体(存储矩阵) 2．外围电路 外围电路主要包括地址译码电路和三态数据缓冲器、控制 逻辑。
第4章 半导体存储器 3．地址译码方式 芯片内部的地址译码主要有两种方式，即单译码方式和双
第4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器
4.3 只读存储器(ROM)
4.3.1 掩膜式只读存储器(MROM) 制作掩膜板工艺较复杂，生产周期长，因此生产第一片 MROM的费用很大，而复制同样的ROM就很便宜了，所以适 合于大批量生产，不适用于科学研究。MROM有双极型、MOS 型等几种电路形式。
第4章 半导体存储器
+5v
A19 A18 G1
G2 A
G2 B
Y7
74LS138 A17 A16 A15 C B A
MEMW
WE
OE
CS
MEMR
A14~A0
6116A
DIR
E
D7~D0
74LS245 D7~D0
第4章 半导体存储器
3、IBM－PC/XT与SRAM的连接
A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12
第4章 半导体存储器
双极型 静态RAM MOS型 不可编程 掩膜ROM 只读存储器 ROM 可编程 ROM 可擦除、可再 编程ROM 动态RAM
随机读写 存储器RAM 半导体 存储器
紫外线擦除的 EPROM 电擦除的 E2PROM
图4.1 半导体存储器的分类
第4章 半导体存储器 4.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量 (1) 用字数位数表示，以位为单位。常用来表示存储芯片的 容量，如1K4位，表示该芯片有1K个单元(1K=1024)，每个存储 单元的长度为4位。 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
示。电路中T1、T2为工作管，T3、T4为负载管，T5、T6为控制管。
第4章 半导体存储器
Baidu Nhomakorabea
图4.5 六管静态RAM存储电路
第4章 半导体存储器 2、静态RAM的结构
6116的管脚与功能框图
第4章 半导体存储器
动画演示
• Intel 6116的读操作
• Intel 6116的写操作
相关知识
三态门与锁存器
微型计算机中存储器的作用
第4章 半导体存储器
4.1 概
4.1.1 存储器的分类
述
存储器是计算机用来存储信息的部件。按存取速度 和用途可把存储器分为两大类：内存储器和外存储器。
第4章 半导体存储器
4.1.2 半导体存储器（内存）的分类
从应用角度可将半导体存储器分为两大类：随机读 写存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器 ROM(Read Only Memory)。
有电荷。在保持状态下，行选择线为低电平，V管截止，使电
容C基本没有放电回路(当然还有一定的泄漏)，其上的电荷可暂 存数毫秒或者维持无电荷的“0”状态。
第4章 半导体存储器
行选择信号 V C 刷新 放大器 列选择信号 数据输入 / 输出线
图4.9 单管动态存储电路
第4章 半导体存储器
2) 动态RAM的刷新
第4章 半导体存储器
4.4.1 连接时应注意的问题
• 1、CPU总线的带负载能力 • 2、CPU时序与存储器存取速度之间的配合 • 3、存储器组织、地址分配
第4章 半导体存储器
4.4.2 典型CPU与存储器的连接
• 一、地址译码器74LS138
将CPU与存储器进行连 接时，首先要根据系统要 求，确定存储器芯片地址 范围，然后进行地址译码， 译码输出送给存储器的片 选信号CS。译码器通常采 用74LS138电路，该译码 器的引脚和译码逻辑图见 教材252页。
型号 2708 2716 2732A 2764 27128 容量结构 1 K×8 bit 2 K×8 bit 4 K×8 bit
8 K×8bit 最大读出时间/ns
制造工艺
需用电源/V
管脚数
350~450 300~450 200~450 200~450 250~450
NMOS NMOS NMOS HMOS HMOS
第4章 半导体存储器 图4.12是一个简单的44位MOS管ROM，采用单译码结构， 两位地址线A1、A0译码后可有四种状态，输出4条选择线，分别
选中4个单元，每个单元有4位输出。
第4章 半导体存储器
VC C A 0 地 址 译 码 器 A 1 单元0
单元1
单元2
单元3
D 3
D 2
D 1
D 0
图4.12 掩膜式ROM示意图
动态RAM是利用电容C上充积的电荷来存储信息的。当电容 C有电荷时，为逻辑“1”，没有电荷时，为逻辑“0”。但由于任 何电容都存在漏电，因此，当电容C存有电荷时，过一段时间由 于电容的放电过程导致电荷流失，信息也就丢失。因此，需要周 期性地对电容进行充电，以补充泄漏的电荷，通常把这种补充电 荷的过程叫刷新或再生。
第4章 半导体存储器
• 2、动态RAM举例
Intel2164A引脚与逻辑符号
第4章 半导体存储器
• Intel 2164A内部结构示意图
动画演示
第4章 半导体存储器
3、高集成度DRAM和内存条
存储器模块（俗称内存条）就是高集成度RAM模块， 它将多片高容量DRAM芯片装配在条状印刷线路板上， 加上相应的控制电路，线路板配有标准单或双边沿连接插 脚，可直接插入微机主板上的存储器插座。 微机系统常用的模块按数据字长不同，可分为三种： （1）30线SIMM（Single In－line Memory Module，单列 直插存储器模块）内存条： 8+1位（其中的1位为奇偶校 验位），多用于80386以下系统，内存条容量有256KB、 512KB、1MB、2MB、4MB等。
第4章 半导体存储器 (2)用字节数表示容量，以字节为单位，如128B，表示该芯片有 128个单元，每个存储单元的长度为8位。现代计算机存储容量很 大，常用KB、MB、GB和TB为单位表示存储容量的大小。其中， 1KB＝210B＝1024B；1MB＝220B＝1024KB；1GB＝230B＝ l024MB；1TB＝240B＝1024GB。显然，存储容量越大，所能存 储的信息越多，计算机系统的功能便越强。 2．存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的 时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读
MEMW
74LS30
WE
OE
CS
MEMR
A10~A0
6116A
DIR
E
D7~D0
74LS245 D7~D0
第4章 半导体存储器
74LS30为8输入与非门 6116: A0~A10(2K) 地址：1010 0000 0000 0000 0000 ~1010 0000 X111 1111 1111 A0000~A07FFH（地址重叠区： A0800~A0FFFH：原因A11未参加译码）。
2、典型EPROM芯片介绍
EPROM芯片2764
• 存储容量为8K×8 • 28个引脚：
– – – – – – 13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0 片选CE* 编程PGM* 读写OE* 编程电压VPP
功能
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GN D
第4章 半导体存储器
（2）72线SIMM内存条：32+4位（其中每8位配1位奇偶 校验位），多用于80486系统，内存条容量有4MB、8MB、 16MB、32MB等。
（3）168线DIMM（Dual In－line Memory Module，双 列直插存储器模块）内存条：64+8位（其中每8位配1位奇 偶校验位），主要用于Pentium以上机型（PC66、PC100、 PC133等），内存条容量有8MB、16MB、32MB、64MB、 128MB、256MB等。Pentium以上微机主要采用168线同 步动态随机存储器SDRAM模块。
译码方式。单译码方式适用于小容量的存储芯片，对于容量较
大的存储器芯片则应采用双译码方式。 1)单译码方式 单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码， 译码输出的选择线直接选中对应的单元，如图4.3所示。
第4章 半导体存储器
选择线 A0 A1 A2 A3 地 址 译 码 器 存储体 0 1 2 3
第4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器
4.1 概述
4.2 随机读写存储器(RAM) 4.3 只读存储器(ROM) 4.4 CPU与存储器的连接 4.5 存储器的扩展
第4章 半导体存储器
地址总线 AB
输 入 设 备 输 出 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB
CPU
存 储 器
I/O 接 口
I/O 接 口
第4章 半导体存储器 4.2.2 动态RAM 1．动态RAM存储电路 动态存储器和静态存储器不同，动态RAM的基本存储电路 利用电容存储电荷的原理来保存信息，由于电容上的电荷会逐渐
泄漏，因而对动态RAM必须定时进行刷新，使泄漏的电荷得到
补充。
第4章 半导体存储器
单管动态RAM基本存储电路只有一个电容和一个MOS管， 是最简单的存储元件结构，如图4.9所示。在这样一个基本存储 电路中，存放的信息到底是“1”还是“0”，取决于电容中有没
15 4位
WR CS
控制 电路
数据缓冲器 I/O ～I/O 0 3
图4.3 单译码方式
第4章 半导体存储器 2)双译码方式 双译码方式把n位地址线分成两部分，分别进行译码，产
生一组行选择线X和一组列选择线Y，当某一单元的X线和Y线
同时有效时，相应的存储单元被选中。
第4章 半导体存储器
X 0 X 向 译 码 器 X 1 X 2 32× 32＝1024 存储矩阵 1024× 1
第4章 半导体存储器 表4.1 掩膜式ROM的内容
元
位单 0 1 D3 D2 D1 D0
1 1
0 1
1 0
0 1
2
3
0
0
1
1
0
1
1
0
第4章 半导体存储器 4.3.2 可擦可编程的只读存储器
目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦除、可 再编程ROM可分为两种类型：紫外线擦除PROM(简称EPROM) 和电擦除PROM(简称EEPROM或E2PROM)。
5，+12 +5 +5 +5 +5
24 24 24 28 28
16K×8 bit
27256
27512 27513
32 K×8 bit
64 K×8 bit 4×64 K×8 bit
200~450
250~450 250~450
HMOS
HMOS HMOS
+5
+5 +5
28
28 28
第4章 半导体存储器
A 0 A 1 A 2 A 3 A 4
X 31
三 态 双 向 缓 冲 器
…
I/O(1位)
Y Y …Y 0 1 31 Y向译码器 控制电路
A A A A A 5 6 7 8 9
WR RD CS
图4.4 双译码方式
第4章 半导体存储器
4.2 随机读写存储器(RAM)
4.2.1 静态RAM 1. 静态RAM的基本存储电路 静态RAM的基本存储电路通常由6个MOS管组成，如图4.5所 其中，由T1、T2、T3及T4管组成了双稳态触发器电路，T1和T2的 工作状态始终为一个导通，另一个截止。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
Vcc PGM* NC A8 A9 A11 OE* A10 CE* D7 D6 D5 D4 D3
第4章 半导体存储器
4.4 CPU与存储器的连接
• 这是本章的重点内容 • SRAM、EPROM与CPU的连接 • 译码方法同样适合I/O端口
第4章 半导体存储器
EPROM
• 顶部开有一个圆形的石 英窗口，用于紫外线透 过擦除原有信息 • 一般使用专门的编程器 （烧写器）进行编程 • 编程后，应该贴上不透 光封条 • 出厂未编程前，每个基 本存储单元都是信息1 • 编程就是将某些单元写 入信息0
第4章 半导体存储器 表4.3 常用的EPROM芯片
命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，
存取时间越小，存取速度越快。
第4章 半导体存储器 4.1.4 半导体存储器芯片的基本结构
A 0 A 1 地 址 译 码 器 D 0 D 1
…
…
…
A n
…
D N
存储矩阵
三态 数据 缓冲 器
R/W
控制逻辑
CS
图4.2 半导体存储器组成框图
第4章 半导体存储器
1．存储体
存储体是存储器中存储信息的部分，由大量的基本存储电路
组成。每个基本存储电路存放一位二进制信息，这些基本存储电
路有规则地组织起来(一般为矩阵结构)就构成了存储体(存储矩阵) 2．外围电路 外围电路主要包括地址译码电路和三态数据缓冲器、控制 逻辑。
第4章 半导体存储器 3．地址译码方式 芯片内部的地址译码主要有两种方式，即单译码方式和双
第4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器
4.3 只读存储器(ROM)
4.3.1 掩膜式只读存储器(MROM) 制作掩膜板工艺较复杂，生产周期长，因此生产第一片 MROM的费用很大，而复制同样的ROM就很便宜了，所以适 合于大批量生产，不适用于科学研究。MROM有双极型、MOS 型等几种电路形式。
第4章 半导体存储器
+5v
A19 A18 G1
G2 A
G2 B
Y7
74LS138 A17 A16 A15 C B A
MEMW
WE
OE
CS
MEMR
A14~A0
6116A
DIR
E
D7~D0
74LS245 D7~D0
第4章 半导体存储器
3、IBM－PC/XT与SRAM的连接
A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12
第4章 半导体存储器
双极型 静态RAM MOS型 不可编程 掩膜ROM 只读存储器 ROM 可编程 ROM 可擦除、可再 编程ROM 动态RAM
随机读写 存储器RAM 半导体 存储器
紫外线擦除的 EPROM 电擦除的 E2PROM
图4.1 半导体存储器的分类
第4章 半导体存储器 4.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量 (1) 用字数位数表示，以位为单位。常用来表示存储芯片的 容量，如1K4位，表示该芯片有1K个单元(1K=1024)，每个存储 单元的长度为4位。 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
示。电路中T1、T2为工作管，T3、T4为负载管，T5、T6为控制管。
第4章 半导体存储器
Baidu Nhomakorabea
图4.5 六管静态RAM存储电路
第4章 半导体存储器 2、静态RAM的结构
6116的管脚与功能框图
第4章 半导体存储器
动画演示
• Intel 6116的读操作
• Intel 6116的写操作
相关知识
三态门与锁存器
微型计算机中存储器的作用
第4章 半导体存储器
4.1 概
4.1.1 存储器的分类
述
存储器是计算机用来存储信息的部件。按存取速度 和用途可把存储器分为两大类：内存储器和外存储器。
第4章 半导体存储器
4.1.2 半导体存储器（内存）的分类
从应用角度可将半导体存储器分为两大类：随机读 写存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器 ROM(Read Only Memory)。
有电荷。在保持状态下，行选择线为低电平，V管截止，使电
容C基本没有放电回路(当然还有一定的泄漏)，其上的电荷可暂 存数毫秒或者维持无电荷的“0”状态。
第4章 半导体存储器
行选择信号 V C 刷新 放大器 列选择信号 数据输入 / 输出线
图4.9 单管动态存储电路
第4章 半导体存储器
2) 动态RAM的刷新
第4章 半导体存储器
4.4.1 连接时应注意的问题
• 1、CPU总线的带负载能力 • 2、CPU时序与存储器存取速度之间的配合 • 3、存储器组织、地址分配
第4章 半导体存储器
4.4.2 典型CPU与存储器的连接
• 一、地址译码器74LS138
将CPU与存储器进行连 接时，首先要根据系统要 求，确定存储器芯片地址 范围，然后进行地址译码， 译码输出送给存储器的片 选信号CS。译码器通常采 用74LS138电路，该译码 器的引脚和译码逻辑图见 教材252页。
型号 2708 2716 2732A 2764 27128 容量结构 1 K×8 bit 2 K×8 bit 4 K×8 bit
8 K×8bit 最大读出时间/ns
制造工艺
需用电源/V
管脚数
350~450 300~450 200~450 200~450 250~450
NMOS NMOS NMOS HMOS HMOS
第4章 半导体存储器 图4.12是一个简单的44位MOS管ROM，采用单译码结构， 两位地址线A1、A0译码后可有四种状态，输出4条选择线，分别
选中4个单元，每个单元有4位输出。
第4章 半导体存储器
VC C A 0 地 址 译 码 器 A 1 单元0
单元1
单元2
单元3
D 3
D 2
D 1
D 0
图4.12 掩膜式ROM示意图
动态RAM是利用电容C上充积的电荷来存储信息的。当电容 C有电荷时，为逻辑“1”，没有电荷时，为逻辑“0”。但由于任 何电容都存在漏电，因此，当电容C存有电荷时，过一段时间由 于电容的放电过程导致电荷流失，信息也就丢失。因此，需要周 期性地对电容进行充电，以补充泄漏的电荷，通常把这种补充电 荷的过程叫刷新或再生。
第4章 半导体存储器
• 2、动态RAM举例
Intel2164A引脚与逻辑符号
第4章 半导体存储器
• Intel 2164A内部结构示意图
动画演示
第4章 半导体存储器
3、高集成度DRAM和内存条
存储器模块（俗称内存条）就是高集成度RAM模块， 它将多片高容量DRAM芯片装配在条状印刷线路板上， 加上相应的控制电路，线路板配有标准单或双边沿连接插 脚，可直接插入微机主板上的存储器插座。 微机系统常用的模块按数据字长不同，可分为三种： （1）30线SIMM（Single In－line Memory Module，单列 直插存储器模块）内存条： 8+1位（其中的1位为奇偶校 验位），多用于80386以下系统，内存条容量有256KB、 512KB、1MB、2MB、4MB等。
第4章 半导体存储器 (2)用字节数表示容量，以字节为单位，如128B，表示该芯片有 128个单元，每个存储单元的长度为8位。现代计算机存储容量很 大，常用KB、MB、GB和TB为单位表示存储容量的大小。其中， 1KB＝210B＝1024B；1MB＝220B＝1024KB；1GB＝230B＝ l024MB；1TB＝240B＝1024GB。显然，存储容量越大，所能存 储的信息越多，计算机系统的功能便越强。 2．存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的 时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读
MEMW
74LS30
WE
OE
CS
MEMR
A10~A0
6116A
DIR
E
D7~D0
74LS245 D7~D0
第4章 半导体存储器
74LS30为8输入与非门 6116: A0~A10(2K) 地址：1010 0000 0000 0000 0000 ~1010 0000 X111 1111 1111 A0000~A07FFH（地址重叠区： A0800~A0FFFH：原因A11未参加译码）。
2、典型EPROM芯片介绍
EPROM芯片2764
• 存储容量为8K×8 • 28个引脚：
– – – – – – 13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0 片选CE* 编程PGM* 读写OE* 编程电压VPP
功能
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GN D
第4章 半导体存储器
（2）72线SIMM内存条：32+4位（其中每8位配1位奇偶 校验位），多用于80486系统，内存条容量有4MB、8MB、 16MB、32MB等。
（3）168线DIMM（Dual In－line Memory Module，双 列直插存储器模块）内存条：64+8位（其中每8位配1位奇 偶校验位），主要用于Pentium以上机型（PC66、PC100、 PC133等），内存条容量有8MB、16MB、32MB、64MB、 128MB、256MB等。Pentium以上微机主要采用168线同 步动态随机存储器SDRAM模块。
译码方式。单译码方式适用于小容量的存储芯片，对于容量较
大的存储器芯片则应采用双译码方式。 1)单译码方式 单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码， 译码输出的选择线直接选中对应的单元，如图4.3所示。
第4章 半导体存储器
选择线 A0 A1 A2 A3 地 址 译 码 器 存储体 0 1 2 3
第4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器
4.1 概述
4.2 随机读写存储器(RAM) 4.3 只读存储器(ROM) 4.4 CPU与存储器的连接 4.5 存储器的扩展
第4章 半导体存储器
地址总线 AB
输 入 设 备 输 出 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB
CPU
存 储 器
I/O 接 口
I/O 接 口
第4章 半导体存储器 4.2.2 动态RAM 1．动态RAM存储电路 动态存储器和静态存储器不同，动态RAM的基本存储电路 利用电容存储电荷的原理来保存信息，由于电容上的电荷会逐渐
泄漏，因而对动态RAM必须定时进行刷新，使泄漏的电荷得到
补充。
第4章 半导体存储器
单管动态RAM基本存储电路只有一个电容和一个MOS管， 是最简单的存储元件结构，如图4.9所示。在这样一个基本存储 电路中，存放的信息到底是“1”还是“0”，取决于电容中有没