第七章 存储器

各片地址范围的确定 ◆ 地址线的根数：本例为字位扩展，由256条字线（28）应需8 根地址线。
◆ 各片地址线的寻址范围：
片1：地址线寻址范围：0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH
片2：地址线寻址范围： 0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH （片1、2的数据线不同，片1为I/O1和I/O2 ，片2为I/O3和I/O4）
3、 RAM的扩展 1. 位扩展
( RAM的扩展分为位扩展和字扩展两种)
例7.1 试用1024×1RAM扩展成1024×8存储器。
解：扩展为1024×8存储器需要 N=总存储容量÷片存储容量= 1024 8 =8(片)
1024×1RAM的片数为:
10241
◆ 各片地址线的寻址范围相同： 00 0000 0000 ~ 11 1111 1111 (000H~3FFH)
3）读/写与片选控制
CS =1时：所有的I/O 端均被禁止，不能进行读或写操作。 CS =0时：相应片存储器被选中，可进行读或写操作。 R/ W =1，执行读操作，将存储单元中的数据送到输出端； R/W =0，执行写操作，将I/O端数据写入存储单元中。
R R /W
W
CS CS CS CS
片选与读写控制电路
片3：地址线寻址范围： 0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH 片4：地址线寻址范围： 0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH
（片3、4的数据线不同，片3为I/O1和I/O2 ，片4为I/O3和I/O4）
● 把256×2RAM扩展成512×4的RAM，画出电路图并说明各片的地址范围。
附表：常用集成存储器 型号 6116、6164、6264 2716、2732、2764、27128、 27246、27512
2864
29BV010、29BV020、29BV040
24C00、24C01、24AA01、24LC21 24LC21A、24LC41A、24LCS61
37LV65、37LV36、37LV128
A1 A0 D3 D2 D1 D0 0 00 1 0 1 0 11 0 1 1 1 00 1 0 0 1 11 1 1 0
（2）ROM电路的工作原理
二
极
0
管
ROM
的
01
结
构
图
01 10 01 11
2. 可编程PROM
可编程PROM在封装出厂前，存储单元中 的内容全为“1”（或全为“0”），用户可根据 需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容 改为“0”（或“1”）。图7.10是PROM的一种 存储单元,它由三极管和熔丝组成,在存储矩阵 的所有存储单元都是这种结构。出厂前，所有 存储单元的熔丝都是通的，存储内容全为“1”。 用户在使用前进行一次性编程，例如，若想使 某单元的存储内容为“0”，只需选中该单元后， 再在VCC端加上电脉冲，使熔丝通过足够大的 电流，把熔丝烧断即可。熔丝一旦烧断将无法 接上，也就是一旦写成“0”后就无法再重写成 “1”了。因此PROM只能编程一次，使用起来 很不方便。可改写ROM（EPROM）则克服了 这一缺点。
◆ 存储矩阵
图
7.9
存储单元可以用二极管、双极型三极管或 MOS管构成。
结 构 图
二 极 管
ROM
◆ 地址译码器
的
◆ 输出缓冲器
输出缓冲器的作用有两个，一是能提高
存储器的带负载能力，二是实现对输出状 态的三态控制，以便与系统的总线连接。
A1 A0 W0 W1 W2 W3 0 01 0 0 0 0 10 1 0 0 1 00 0 1 0 1 10 0 0 1
图7.10
3. 紫外线可擦除EPROM
EPROM的另外一种广泛使用的存储器。EPROM可以根据用户要求写 入信息，从而长期使用。当不需要原有信息时，也可以擦除后重写。若要擦 去所写入的内容，可用EPROM擦除器产生的强紫外线，对EPROM照射20 分钟左右，使全部存储单元恢复“1”，以便用户重新编写。
第7章
存储器
(Memory)
存储器是大多数数字系统和计算机中不可缺 少的部分，本章首先通过实训使读者了解电可编 程只读存储器EPROM的使用方法，然后详细介绍 RAM和ROM的种类及工作原理，最后介绍几种常用 的集成存储器芯片以及存储器的具体应用。
● 实训电路图
01
10
Leabharlann Baidu
0
01
0
10
1
1
1
1
1
11111100 11111111
常用的EPROM2716、2732、…27512，即标号为27××××的芯片都是 EPROM。实训中使用的2764就属于这一类型。
4. E2PROM
E2PROM是近年来被广泛重视的一种只读存储器，它称为电擦除可编程 只读存储器，又可写为EEPROM。其主要特点是能在应用系统中进行在线 改写，并能在断电的情况下保存数据而不需保护电源。特别是最近的+5V电 擦除E2PROM，通常不需单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除，使用 非常方便。28××××系列的芯片都是E2PROM。
存储器的应用一、二
1.存储数据、程序
2.实现逻辑函数
例7.4 试用ROM实现下列各函数：
Y1 ABC ABC ABC ABC
Y2 BC CA
Y3 ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD
Y4 ABC ABD ACD BCD
作业
P147 7.2
7.3
只读存储器 ROM (Read Only Memory )
掩膜ROM：这种ROM在制造时就把需要存储的信息用电路 结构固定下来，用户使用不得更改其存储内容，所以又称固定存 储器。
可编程ROM（PROM）：PROM存储的数据是由用户按自己 的需求写入的，但只能写一次，一经写入就不能更改。
可改写ROM（EPROM、E2PROM、Flash Memory）：这类 ROM由用户写入数据（程序），当需要变动时还可以修改，使用 较灵活。
2. 字扩展
字数若增加，地址线需要做相应的增加，下面举例说明。 例7.2 试用256×4RAM扩展成1024×4存储器。 解： 需用的256×4RAM芯片数为：
N=总存储容量/一片存储容量=1024 4 =4（片） 256 4
用256×4RAM组成1024×4存储器
各 ◆ 地址线的根数：本例为字扩展，扩展后为1024条字线
当片选信号 CS =1时，三态 门G1，G2，G3均为高阻态，此 片未选中，不能进行读或写操 作。当片选信号 CS =0时，芯 片被选中。若R/ W =1，则G3 导通，G1、G2高阻态截止。此 时 若 输 入 地 址 A7 ～ A0 为 00011111 ， 于 是 位 于 [31 ， 0] 的 存储单元所存储的信息送出到
片 （210），寻址1K时的地址线需为十条。增加的地址线经过
地 译码后接到各片的片选端
址 范 ◆片1寻址范围:00 0000 0000B ~ 00 1111 1111B (000H~0FFH)
围 ◆片2寻址范围:01 0000 0000B ~ 01 1111 1111B (100H~1FFH)
的 确 定
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A8 256×4 RAM
D0 D1 D2 D3 R/W CS
◆ RAM的结构 随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读/写控制电
路等组成，参见图7.2。
2、 RAM的存储单元
RAM的核心元件是存储矩阵中的存储单元，按工作原理分，RAM的存储 单元可分为: 1. 静态存储单元(SRAM)
32根行线、8根列线
▲ 因此，该RAM存储矩阵共需要32根行选择线X0~X31和8根列选择线Y0~Y7。
2）地址译码
23=8
25=32
1 A0
1 A1 1 A2
译
1 A3
码
1 A4
器
000 A5 A6 A7
译码器
位线
……
字线
A7~A0=00011111时，选中哪个单元?
[31，0]
▲ 因此，该RAM存储矩阵共需要5+3根地址线A7~A0即可全部寻址。
解： 本题属于字位扩展，512×4的RAM需4片256×2RAM。
各片的地址范围为 片1 0 0000 0000-0 1111 1111 写成十六进制 000-0FFH 片2 0 0000 0000-0 1111 1111B → 000-0FFH 片3 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100-1FFH 片4 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100-1FFH
1
11111110
◆存储器的种类
按照内部信息的存取方式，存储器通常可以分为RAM和ROM；
RAM: Random Access Memory 随机存取存储器 ROM: Read Only Memory 只读存储器
1、RAM结构
1） 存储矩阵
随机存取存储器RAM
(存储矩阵 、地址译码、片选和读写)
存储器容量： 32行×32列矩阵 256×4 （字数）×（位数） 存储器单元选择：
I/O端，存储器执行的是读操作；若R/ W =0，则G1、G2导通，G3高阻态截止， I/O端的数据以互补的形式出现在数据线D、 上D ，并被存入[31，0]存储单元， 存储器执行的是写操作。
RAM结构示意图
随机存取存储器RAM 用于存放二进制信息（数 据和运算的中间结果等）。 它可以在任意时刻，对任 意选中的存储单元进行信 息的存入（写）或取出 （读）的信息操作，因此 称为随机存取存储器。其 结构示意图如图7.2所示。
类型说明 RAM EPROM E2PROM Flash memory I2C EPROM
串行EPROM
1. 掩膜ROM
又称固定ROM，生产厂利用掩膜技术把信息写入存储器中。按使用的器 件可分为二极管ROM、双极型三极管ROM和MOS管ROM三种类型。在这里 主要介绍二极管掩膜ROM。
（1）ROM电路的结构
◆片3寻址范围:10 0000 0000B ~ 10 1111 1111B (100H~1FFH) ◆片4寻址范围:11 0000 0000B ~ 11 1111 1111B (100H~1FFH)
3. 字位同时扩展
例7.3 试把64×2RAM扩展为256×4存储器
解 256×4RAM需64×2RAM的芯片数为:
2. 动态存储单元DRAM
SRAM是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不断电，信息是不会 丢失的，所以谓之静态；
DRAM利用MOS （金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，电 容是会漏电的，所以必须通过不停的给电容充电来维持信息，这个充电 的过程叫再生或刷新（REFRESH）。由于电容的充放电是需要相对较长 的时间的，DRAM的速度要慢于SRAM。但SRAM免刷新的优点需要较复杂的 电路支持，如一个典型的SRAM的存储单元需要六个晶体管（三极管）构 成，而DRAM的一个存储单元最初需要三个晶体管和一个电容，后来经过 改进，就只需要一个晶体管和一个电容了。由此可见，DRAM的成本、集 成度、功耗等明显优于SRAM。
N=总存储容量/一片存储容量= 256 4 =8（片） 64 2
先位扩展: 64×2RAM64×4RAM，需两片64×2RAM组成64×4RAM；
再字扩展: 64×4RAM256×4RAM，需4片64×4RAM组成256×4RAM； 字数由64扩展为256，地址线由原来的6条A5～A0扩展为8条A7～A0。