第七章 存储器、CPLD
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Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
· · ·
A5
A6
A7
8根列地 址选择线
Y7
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
1024个 存储单 元
存储单元
X31
···
若给出地址A7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读/写？
（2） 存储矩阵
• 静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例 控制该单元与位线 来自行地址译
7.2 随机存取存储器( RAM )
• 随机存储器又称读写存储器
• 特点：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。 • 分类: 按功能分 静态SRAM 、动态DRAM两类； 按所用器件分 双极型、 MOS型两种。
RAM的基本结构
地 址 码 输 入 片选 读/写控制 输入/输出
A5 A6 A7
32根行地址 选择线
Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
· · ·
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
Y7
8根列地址 选择线
存储单元
X31
32 ×8 =256 个存储单元
···
若容量为256×4 的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0， 但其数据线有4根，每字4位。 32根行地 址选择线
固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和 输出缓冲器三部分组成。
字线
地 址 输 入
容量=字线×位线
地 址 译 码 器
存储矩阵
位线
控制信号输入
三态缓冲器
数据输出
二极管ROM—以4×4为例
译码器
任何时刻只有一根字线为高电平。
字线
00 Y0
存储 单元
1011
A1 A0
A1 A0 Y1 01
1110
Y2 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9
18 17 16 15 14 13 12 11 10
VCC A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 R/W
RAM 2114 管脚图
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）
D12 D13
D14
D15
2. 字数的扩展
字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入 端CS来实现。 假设某芯片的存储容量为： 8K ×8 （即8192字×8位）。 即该芯片 地址线共有： 13 根（ A12~A0 ） 数据线共有： 8根（D7~D0）
CS
R/ W
D7D0
8
8K8 位
13 A12A0
数 据 D 线
控制位线与数据线的通断
（2） 存储矩阵
• 静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例 来自行地址译
码器的输出
Xi (行选择线)
VDD VGG T3 T4 T6 T1 T2 T5
存储 单元
•Xi =1，T5、T6 导通，触发器与 位线接通。
位 线
B
位 线 B
数 据 线 D
地址 译码器
存储 0011 矩阵
1100
Y3
位线 EN
D3 D2 D1 D0
输出缓 冲器
三极管ROM和NMOS管ROM
+VDD
00 Y0 A1 A0 A1 A0 Y1 01 +5V
地址 译码器
Y2
10
Y3
11
EN D3 D2 D1 D0
可编程ROM（PROM）
有一种可编程序的 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”, 但是，只能改写一次，称为 PROM。
码器的输出
的通断
Xi (行选择线)
VDD VGG T3 T4 T6 T1 T2 T5
存储 单元
位 线
B
基本RS触发器
数 据 线 T7 T8
位 线 B
T1-T6构成一 个存储单元。T3、 T4为负载，T1、 T2为基本RS触发 器。 •Xi =0，T5、T6 截止，触发器与 位线隔离。
D
Yj (列选择线)
半导体存储器的分类（根据使用功能的不同）
（1）只读存储器（ROM）（Read-only memory ） 。 （2）随机存取存储器（RAM）（Random access memory）。
半导体存储器的主要性能指标
存储容量：用来衡量存储器存放数据的能力指标， 指存储单元的总数。 存储单元的最基本的单位是位和字，字的位数 叫字长，存储容量通常表示为“m字×n位”。
MCM6264 NC A12 A7 A6 A5 A4 A3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
VCC W E2 A8 A9 A11 G A10 E1 DQ7 DQ6 DQ5 DQ4 DQ3
行译码 器
存储器阵列 256 行328 列
当CS=0时，选中该单元. 若R/W=1，三态门1、2 关, 3开，数据通过门3传到 I/O口，进行读操作；
CS
若R/W=0，门1、2开， 门3关，数据将从I/O口通过 门1、2，向T7、T8写入，进 行写操作。
• 当Xi和Yi中有一消失，该单元与数据线联系被切断，由于互锁作 用，信息将被保存。
RAM存储容量的扩展 1. 位数 （字长）的扩展
8K×8 功能框图
2. 字数的扩展
例2 将8K×8位的RAM扩展为32K×8位的RAM
图 8.1.10
74139 有效输 出端
D7D0 CS R/W 8K8 位
13
8
芯 片
A14A13
A12A0
(I)
8
D7D0 CS R/W
I
II III
Y0
Y1 Y2
00
01 10
A1 A0 EN
Y0 Y1
第七章 存储器、CPLD
学习完本章后，应该能做到：
1、阐明ROM 、 RAM的结构特点及其工作原理。 2、简述PROM、EPROM、EEPROM等概念。 3、简述SRAM、DRAM、地址、位、字等概念。 4、阐述位扩展、字扩展的方法，并熟练运用。 5、简述半导体存储器的应用。
第七章 存储器、CPLD
D1
a b c d e f g
D2 D3 D4 D5 D6 D7
1001 地址单元的 内容对应七段数 码9
ROM
…
…
ROM
m9
CS OE
这些单元不用
例 2 用ROM实现逻辑函数。
A1 A0
2/4 线 译 码 器
m0 m1 m2 m3
D0 D1 D2 D3
D0 A1 A0 A1 A0 A1 A0 D1 A1 A0 D2 A1 A0 D3 A1 A0 A1 A0
T7
T8 数 据 D 线
•Yj =1，T7 、T8 均导通，触发器 的输出与数据线 接通，该单元数 据可传送。
Yj (列选择线)
来自列地址译 码器的输出
（3）片选信号与读/写控制电路
• 当CS=1时，三态门均 为高阻态，I/O口与RAM内 部隔离。 •
R/ W
D Yi I/O
1
Yi
D T8
T7
2 & 4 3 & 5
例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的 读、写周期均为200ns，4116型动态RAM的 读、写周期均为375ns。
7.1 只读存储器（ROM）
只读存储器，工作时其存储的内容固定 不变。且只能读出，不能随时写入。工作时， 将一个给定的地址码加到ROM的地址输入端， 便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数 据。 只读存储器存入数据的过程，称为对ROM 进行编程。
• 210=1024=1K（字位）， • 220=1048576=1024K=1M（字位） • 例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的容量为 1K×4 。 • 4116型动态RAM的容量为16K×1 。 • 2716型EPROM的容量为2K×8 。
半导体存储器的主要性能指标
存储速度：通常用存取周期来描述。存取周期是 指从存储器开始存取第一个字到能够存取第二 个字为止所需的时间。
例1 用4K×4位的RAM扩展为4K×16位的RAM
A11 ┇ A0 ┇ ┇
CS
R/W
R/W
· · ·
A0 · A11 · · 4K×4位（1） CS
I/O2 I/O3
· · ·
R/W CS
A0 · A11 · ·
I/O2 I/O3
4K×4位（4）
I/O0 I/O1
I/O0 I/O1
D0
D1
D2
D3
输入数 据控制
DQ7 A0 E1 E2 W G
列 I/O 列译码器
A2 A1
A0 10
A1 A6 A10 A12
DQ0 DQ1 VSS
11 12
DQ2 13
14
参考资料：
4096个存储单元 排列成64×64列 的矩阵
地址译码器
输入/输出 控制电路
1024 4位RAM（2114）的结构框图
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND
a b c d e f g e f
a b g c
d
0000 地址单元的内容对应七段数码 0
A B C D
A0 A1 A2 A3
m0 1 1 1 1 1 1 0 m1 0 1 1 0 0 0 0 m2 1 1 0 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0
概述 7.1 只读存储器 7.2 随机存取存储器 7.3 可编程逻辑器件
概 述
存储器是一种能存储大量二值信息的半导体器件。
• 由于要求存储的数据量往往很大，因而不可能将每个存储单 元电路的输入和输出端象寄存器那样固定地引出。半导体存 储器采用了按地址存放数据的方法，只有那些被输入地址代 码指定的存储单元才能与输入/输出端接通，进行数据的读出 和写入。
13
8K8 位 A12A0(II) D7D0 CS R/W
13
74139 Y2
Y3
8
8K8 位 A12A0(III)
IV
Y3
11
A14 A13 A12A0
R/W
13
13
CS D7D0 R/W
8K8 位 A12A0 (IV)
8
8 D7D0
3. 字数、位数同时扩展
例3 用256×4的RAM扩展为1K×8位的RAM
地 址 译 码 器
存储矩阵
读/写
控制器
（1）地址译码器
译码 方式
单译码 ---n位地址构成 2n 条地址线。若n=10，则有1024条地址线 双译码 --- 将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码
其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择 的地址单元。
若给出地址A7-A =001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 例如：容量为256×10的存储器
字线
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。
位 线
熔 断 丝
ROM的简单应用
（1） 用于存储固定的数据、表格
（2） 码制变换
（3） 用户程序的存贮
（4） 构成组合逻辑电路
例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。
D C B A
A3 A2 A1 A0
CS OE
D1 D2 D3 D4 ROM D5 D6 D7
ROM的分类
按存贮矩阵 中器件类型
二极管ROM 三极管ROM MOS管ROM
固定ROM-- 厂家装入数据，永不改变 PROM-- 用户装入，只可装一次，永不改变 按写入 方式
EPROM-- 用户装入，紫外线擦除 E2PROM-- 用户装入，电可擦除 Flash Memory-- 高集成度，大容量
ROM的基本结构
A9 A8
Y0 2/4 Y1 Y2 Y3
CS 256×4 CS I/O CS 256×4 CS 256×4 I/O
…
A0-A7
8
256×4
4
I/O百度文库
8
I/O
4
高四位
4
4
低四位
介绍 RAM MCM6264
该芯片是摩托罗拉公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。
A2 VCC A3 A4 A5 A7 A8 A9 A11 DQ0 VSS
· · ·
A5
A6
A7
8根列地 址选择线
Y7
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
1024个 存储单 元
存储单元
X31
···
若给出地址A7-A0 = 000 11111，哪个单元的内容可读/写？
（2） 存储矩阵
• 静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例 控制该单元与位线 来自行地址译
7.2 随机存取存储器( RAM )
• 随机存储器又称读写存储器
• 特点：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。 • 分类: 按功能分 静态SRAM 、动态DRAM两类； 按所用器件分 双极型、 MOS型两种。
RAM的基本结构
地 址 码 输 入 片选 读/写控制 输入/输出
A5 A6 A7
32根行地址 选择线
Y0 A4 A3 A2 A1 A0 行 地 址 译 码 器 X0 X1
· · ·
列 地 址 译 码 器
Y1
··· ··· ···
Y7
8根列地址 选择线
存储单元
X31
32 ×8 =256 个存储单元
···
若容量为256×4 的存储器，有256个字，8根地址线A7-A0， 但其数据线有4根，每字4位。 32根行地 址选择线
固定ROM主要由地址译码器、存储单元矩阵和 输出缓冲器三部分组成。
字线
地 址 输 入
容量=字线×位线
地 址 译 码 器
存储矩阵
位线
控制信号输入
三态缓冲器
数据输出
二极管ROM—以4×4为例
译码器
任何时刻只有一根字线为高电平。
字线
00 Y0
存储 单元
1011
A1 A0
A1 A0 Y1 01
1110
Y2 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 9
18 17 16 15 14 13 12 11 10
VCC A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 R/W
RAM 2114 管脚图
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）
D12 D13
D14
D15
2. 字数的扩展
字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入 端CS来实现。 假设某芯片的存储容量为： 8K ×8 （即8192字×8位）。 即该芯片 地址线共有： 13 根（ A12~A0 ） 数据线共有： 8根（D7~D0）
CS
R/ W
D7D0
8
8K8 位
13 A12A0
数 据 D 线
控制位线与数据线的通断
（2） 存储矩阵
• 静态RAM存储单元（SRAM）--以六管静态存储单元为例 来自行地址译
码器的输出
Xi (行选择线)
VDD VGG T3 T4 T6 T1 T2 T5
存储 单元
•Xi =1，T5、T6 导通，触发器与 位线接通。
位 线
B
位 线 B
数 据 线 D
地址 译码器
存储 0011 矩阵
1100
Y3
位线 EN
D3 D2 D1 D0
输出缓 冲器
三极管ROM和NMOS管ROM
+VDD
00 Y0 A1 A0 A1 A0 Y1 01 +5V
地址 译码器
Y2
10
Y3
11
EN D3 D2 D1 D0
可编程ROM（PROM）
有一种可编程序的 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”, 但是，只能改写一次，称为 PROM。
码器的输出
的通断
Xi (行选择线)
VDD VGG T3 T4 T6 T1 T2 T5
存储 单元
位 线
B
基本RS触发器
数 据 线 T7 T8
位 线 B
T1-T6构成一 个存储单元。T3、 T4为负载，T1、 T2为基本RS触发 器。 •Xi =0，T5、T6 截止，触发器与 位线隔离。
D
Yj (列选择线)
半导体存储器的分类（根据使用功能的不同）
（1）只读存储器（ROM）（Read-only memory ） 。 （2）随机存取存储器（RAM）（Random access memory）。
半导体存储器的主要性能指标
存储容量：用来衡量存储器存放数据的能力指标， 指存储单元的总数。 存储单元的最基本的单位是位和字，字的位数 叫字长，存储容量通常表示为“m字×n位”。
MCM6264 NC A12 A7 A6 A5 A4 A3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
VCC W E2 A8 A9 A11 G A10 E1 DQ7 DQ6 DQ5 DQ4 DQ3
行译码 器
存储器阵列 256 行328 列
当CS=0时，选中该单元. 若R/W=1，三态门1、2 关, 3开，数据通过门3传到 I/O口，进行读操作；
CS
若R/W=0，门1、2开， 门3关，数据将从I/O口通过 门1、2，向T7、T8写入，进 行写操作。
• 当Xi和Yi中有一消失，该单元与数据线联系被切断，由于互锁作 用，信息将被保存。
RAM存储容量的扩展 1. 位数 （字长）的扩展
8K×8 功能框图
2. 字数的扩展
例2 将8K×8位的RAM扩展为32K×8位的RAM
图 8.1.10
74139 有效输 出端
D7D0 CS R/W 8K8 位
13
8
芯 片
A14A13
A12A0
(I)
8
D7D0 CS R/W
I
II III
Y0
Y1 Y2
00
01 10
A1 A0 EN
Y0 Y1
第七章 存储器、CPLD
学习完本章后，应该能做到：
1、阐明ROM 、 RAM的结构特点及其工作原理。 2、简述PROM、EPROM、EEPROM等概念。 3、简述SRAM、DRAM、地址、位、字等概念。 4、阐述位扩展、字扩展的方法，并熟练运用。 5、简述半导体存储器的应用。
第七章 存储器、CPLD
D1
a b c d e f g
D2 D3 D4 D5 D6 D7
1001 地址单元的 内容对应七段数 码9
ROM
…
…
ROM
m9
CS OE
这些单元不用
例 2 用ROM实现逻辑函数。
A1 A0
2/4 线 译 码 器
m0 m1 m2 m3
D0 D1 D2 D3
D0 A1 A0 A1 A0 A1 A0 D1 A1 A0 D2 A1 A0 D3 A1 A0 A1 A0
T7
T8 数 据 D 线
•Yj =1，T7 、T8 均导通，触发器 的输出与数据线 接通，该单元数 据可传送。
Yj (列选择线)
来自列地址译 码器的输出
（3）片选信号与读/写控制电路
• 当CS=1时，三态门均 为高阻态，I/O口与RAM内 部隔离。 •
R/ W
D Yi I/O
1
Yi
D T8
T7
2 & 4 3 & 5
例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的 读、写周期均为200ns，4116型动态RAM的 读、写周期均为375ns。
7.1 只读存储器（ROM）
只读存储器，工作时其存储的内容固定 不变。且只能读出，不能随时写入。工作时， 将一个给定的地址码加到ROM的地址输入端， 便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数 据。 只读存储器存入数据的过程，称为对ROM 进行编程。
• 210=1024=1K（字位）， • 220=1048576=1024K=1M（字位） • 例：微型计算机中常用的2114型静态RAM的容量为 1K×4 。 • 4116型动态RAM的容量为16K×1 。 • 2716型EPROM的容量为2K×8 。
半导体存储器的主要性能指标
存储速度：通常用存取周期来描述。存取周期是 指从存储器开始存取第一个字到能够存取第二 个字为止所需的时间。
例1 用4K×4位的RAM扩展为4K×16位的RAM
A11 ┇ A0 ┇ ┇
CS
R/W
R/W
· · ·
A0 · A11 · · 4K×4位（1） CS
I/O2 I/O3
· · ·
R/W CS
A0 · A11 · ·
I/O2 I/O3
4K×4位（4）
I/O0 I/O1
I/O0 I/O1
D0
D1
D2
D3
输入数 据控制
DQ7 A0 E1 E2 W G
列 I/O 列译码器
A2 A1
A0 10
A1 A6 A10 A12
DQ0 DQ1 VSS
11 12
DQ2 13
14
参考资料：
4096个存储单元 排列成64×64列 的矩阵
地址译码器
输入/输出 控制电路
1024 4位RAM（2114）的结构框图
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND
a b c d e f g e f
a b g c
d
0000 地址单元的内容对应七段数码 0
A B C D
A0 A1 A2 A3
m0 1 1 1 1 1 1 0 m1 0 1 1 0 0 0 0 m2 1 1 0 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0
概述 7.1 只读存储器 7.2 随机存取存储器 7.3 可编程逻辑器件
概 述
存储器是一种能存储大量二值信息的半导体器件。
• 由于要求存储的数据量往往很大，因而不可能将每个存储单 元电路的输入和输出端象寄存器那样固定地引出。半导体存 储器采用了按地址存放数据的方法，只有那些被输入地址代 码指定的存储单元才能与输入/输出端接通，进行数据的读出 和写入。
13
8K8 位 A12A0(II) D7D0 CS R/W
13
74139 Y2
Y3
8
8K8 位 A12A0(III)
IV
Y3
11
A14 A13 A12A0
R/W
13
13
CS D7D0 R/W
8K8 位 A12A0 (IV)
8
8 D7D0
3. 字数、位数同时扩展
例3 用256×4的RAM扩展为1K×8位的RAM
地 址 译 码 器
存储矩阵
读/写
控制器
（1）地址译码器
译码 方式
单译码 ---n位地址构成 2n 条地址线。若n=10，则有1024条地址线 双译码 --- 将地址分成两部分，分别由行译码器和列译码器共同译码
其输出为存储矩阵的行列选择线，由它们共同确定欲选择 的地址单元。
若给出地址A7-A =001 00001，将选中哪个存储单元读/写？ 例如：容量为256×10的存储器
字线
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。
位 线
熔 断 丝
ROM的简单应用
（1） 用于存储固定的数据、表格
（2） 码制变换
（3） 用户程序的存贮
（4） 构成组合逻辑电路
例 1 用ROM实现十进制译码显示电路。
D C B A
A3 A2 A1 A0
CS OE
D1 D2 D3 D4 ROM D5 D6 D7
ROM的分类
按存贮矩阵 中器件类型
二极管ROM 三极管ROM MOS管ROM
固定ROM-- 厂家装入数据，永不改变 PROM-- 用户装入，只可装一次，永不改变 按写入 方式
EPROM-- 用户装入，紫外线擦除 E2PROM-- 用户装入，电可擦除 Flash Memory-- 高集成度，大容量
ROM的基本结构
A9 A8
Y0 2/4 Y1 Y2 Y3
CS 256×4 CS I/O CS 256×4 CS 256×4 I/O
…
A0-A7
8
256×4
4
I/O百度文库
8
I/O
4
高四位
4
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低四位
介绍 RAM MCM6264
该芯片是摩托罗拉公司生产的静态RAM，28脚双列直插封装。
A2 VCC A3 A4 A5 A7 A8 A9 A11 DQ0 VSS