第10章 半导体存储器分析

第10章半导体存储器

10.1 学习要求

（1）理解只读存储器的基本工作原理。

（2）掌握用只读存储器进行逻辑设计的方法。

（3）了解随机存取存储器的基本工作原理。

（4）了解扩展存储器容量的方法。

10.2 学习指导

本章重点：

（1）只读存储器的工作原理。

（2）利用只读存储器进行逻辑设计。

本章难点：

（1）只读存储器的工作原理。

（2）利用只读存储器进行逻辑设计。

本章考点：

（1）利用只读存储器实现各种组合逻辑函数。

（2）利用只读存储器实现给定功能的逻辑电路。

（3）与、或阵列图的意义和用法。

10.2.1 只读存储器（ROM）

1．ROM的结构

ROM由地址译码器、存储矩阵和读出电路组成，如图10.1所示。ROM的特点是存入的内容固定不变，工作时只能读出（取出），不能存入（写入），且在断电后存入的信息仍能保持，常用于存放固定的信息。

存储矩阵是存储器的主体，由大量的存储单元组成。一个存储单元只能存储1位二进制数码1或0。通常数据和指令用M位的二进制数表示，称为一个字，M为字长。M个存储单元为一组，存储一个字，称为字单元。每个字单元有一个地址，按地

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址来选择所需要的字。图10.1中W 0、W 1、…、1N -W 称为字单元的地址选择线，简称字线；D 0、D 1、…、1M -D 称为输出信息的数据线，简称位线。存储矩阵有N 条字线和M 条位线，M N ⨯表示存储器的存储容量，这是存储器的主要技术指标之一。

地址译码器的作用是根据输入的地址代码011n A A A -，从N （n N 2=）条字线中选择一条字线，以确定与地址代码相对应的字单元的位置。至于选择哪—条字线，则决定于输入的是哪一个地址代码。任何时刻，只能有一条字线被选中。被选中的那条字线所对应的字单元中的各位数码便经M 条位线传送到数据输出端。

A 0A 1

A 0

地址输入

数据输出

…

图10.1 ROM 的结构示意图

2．ROM 的工作原理

如图10.2所示是一个由二极管构成的容量为44⨯的ROM 。

A 0

地址

输入

地址译码器

存储矩阵

A 1

图10.2 二极管ROM 电路

第10章 半导体存储器

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地址译码器部分是由二极管（也可用三极管或场效应管）构成的与门阵列，称为与阵列，每条字线上的各二极管构成一个与门。存储矩阵部分是由二极管（也可用三极管或场效应管）构成的或门阵列，称为或阵列，每条位线上的各二极管构成一个或门，每个存储单元用一个二极管将字线和位线的交叉点连接起来，存放一位二进制数1，交叉点上没有二极管的则为0。

为简化电路图，如图10.2所示的ROM 可以画成如图10.3所示的阵列图。在阵列图中，每个交叉点表示一个存储单元。有二极管的存储单元用一黑点表示，意味着存储的数据是1；没有二极管的存储单元不用黑点表示，意味着存储的数据是0。

3 2 1 0

A 1

A 0

图10.3 图10.2所示ROM 的阵列图

3．ROM 的应用

ROM 的应用十分广泛，如用于实现组合逻辑函数、进行波形变换、构成字符发生器以及存储计算机的数据和程序等。

用ROM 实现组合逻辑函数可按以下步骤进行： （1）列出函数的真值表。

（2）选择合适的ROM ，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。

用ROM 来实现组合逻辑函数的本质就是将待实现函数的真值表存入ROM 中，即将输入变量的值对应存入ROM 的地址译码器（与阵列）中，将输出函数的值对应存入ROM 的存储单元（或阵列）中。电路工作时，根据输入信号（即ROM 的地址信号）从ROM 中将所存函数值再读出来，这种方法称为查表法。

10.2.2 随机存取存储器（RAM ）

RAM 的特点是可以在任意时刻对任意选中的存储单元进行信息的存入或读出操作，读写方便，使用灵活，但一旦停电，所存内容便全部丢失。

RAM 由存储矩阵、地址译码器、读/写控制电路、输入/输出电路和片选控制电路等组成，其结构示意图如图10.4所示。

存储矩阵的结构与ROM 相似，但交叉点上的元件不是简单的二极管或三极管，而是具有记忆功能的触发器或存储电荷功能的MOS 管栅极电容，且每个交叉点上都有存储元件。由于存储元件不同，RAM 可分成静态RAM 和动态RAM 两种。静态RAM 采用触发器存储信息，信息存入后只要不断电可一直保留。动态RAM 采用电

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容存储信息，由于漏电，信息易丢失，必须定期刷新。静态RAM 集成度低，使用方便，用于小容量器件。动态RAM 集成度高，功耗低，使用复杂，用于大容量器件。

地址译码器与ROM 一样，也是二进制译码器。

访问RAM 时，对被选中的地址单元，究竟是读还是写，由读/写控制线控制。 RAM 通过输入/输出端与计算机的中央处理器（CPU ）交换信息，读时作为输出端，写时作为输入端，一线二用。

片选信号线用来扩展RAM 的容量。在由若干片RAM 组成的存储系统中，片选信号线上加入有效电平的芯片被选中，可以进行读/写操作，其他芯片则不工作。

地址输入片选读/写控制输入/输出

图10.4 RAM 的结构示意图

10.3 习题解答

10.1 某计算机的内存储器有32条地址线和16条数据线，该存储器的存储容量是多少？

分析 存储器的存储容量等于字线数N 与位线（数据线）数M 的乘积，而字线数N 与地址线数n 的关系为n N 2=。

解 因为该存储器有32=n 条地址线，所以其字线数N 为：

4232==N （GB ）

存储容量为4GB ×16位。

10.2 指出下列容量的半导体存储器的字数、具有的数据线数和地址线数。 （1）8512⨯位。 （2）4kB 1⨯位。 （3）1kB 64⨯位。 （4）4256kB ⨯位。

解 （1）8512⨯位存储器的字数为512B ，数据线数为8，因为51229=，所以地址线数为9。

（2）4kB 1⨯位存储器的字数为1kB ，数据线数为4，因为11024210== kB ，所以地址线数为10。