10
第三章 半导体存储器及其接口
3．2 随机存取存储器（RAM）
分静态RAM和动态RAM两类
一、静态RAM（SRAM）
1. 静态RAM的特征：
SRAM一般采用“字结构”存储矩阵： （1）每个存储单元存放多位（4、8、16等）。 （2）每个存储单元具有一个地址。
11
第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: SRAM 2114
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
1 2 3 4 5 6 7
18 17 16 15
Vcc A7
（1）存储容量为1K×4。
（2）18个引脚：
A8
A9 I/O1
1）10根地址线A9～A0
2）4根数据线I/O4～I/O1 3）片选CS 4）读写WE
14
13 12 11 10
I/O2
I/O3 I/O4
第三章 半导体存储器及其接口
本章主要内容：
1. 半导体存储器概述；
2. 各种RAM/ROM的基本构成和典型芯片；
3. 与处理器的连接
1
第三章 半导体存储器及其接口
微机的存储系统是一 个金字塔形的结构 。
CACHE
CPU
主存（内存）
辅存（外存）
2
第三章 半导体存储器及其接口
3.1 半导体存储器概述 一、半导体存储器的分类 1. 按制造工艺 （1）双极型：速度快、集成度低、功耗大。
0 0 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
问题：总线的A16~A19怎么办？
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第三章 半导体存储器及其接口
• 字位扩展
如果一个存储容量为M 字N位 所用芯片规格为L字 K位 那么这个存储器共用M/L N/K个芯片
A 11 A 10 D ～D0 3 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 1 2114 A ～A0 9 A ～A0 9 A ～A0 9 WE CS RAM 1 2114 I/O～I/O 1 4 D ～D4 7 WR A ～A0 9 WE CS RAM 2 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 3 2114 I/O～I/O 1 4 A ～A0 9 WE CS RAM 4 2114 I/O～I/O 1 4 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 2 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 3 2114 A ～A0 9 I/O～I/O 1 4 WE CS RAM 4 2114 A ～A0 9 2-4 译码器
16 15 14 13 12 11 10 9
VSS CAS DOUT A6 A3 A4 A5 VCC
第三章 内部存储器
(a)写1到存储元
(b)写0到存储元 (c)从存储元读出1 (d)刷新存储元的1 读出0的过程就是 刷新0的过程
2013-8-22
中国石油大学
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第三章 半导体存储器及其接口
（3） 结构与时序图
（2）MOS型：速度慢、集成度高、功耗低。
2. 按使用属性
（1）RAM：可读可写、断电丢失。
（2）ROM：正常只读、断电不丢失。
3
第三章 半导体存储器及其接口
静态RAM（SRAM） 随机存取存储器 （RAM） 动态RAM（DRAM） 非易失RAM（NVRAM） 掩膜式ROM 一次性可编程ROM（PROM） 只读存储器 （ROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程ROM（EEPROM）
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第三章 半导体存储器及其接口
• 基本概念：译码
可以有更大的译码逻辑 主要用于产生片选信号
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第三章 半导体存储器及其接口
• 位扩展
用 2片 1K×4位 存储芯片组成 1K×8位 的存储器
A 9
特点：所有存储器芯片同时工作，形成一个字节。
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•• •
A 0
2114
D 7
2114
• •
D 4
• •
2
3 4
0 1
1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
4000H~ 7FFFH
8000H~ BFFFH C000H~ FFFFH
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
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第三章 半导体存储器及其接口
本章总结：
1. 了解半导体存储器的分类
2. 了解SRAM和DRAM的基本特性
3. 掌握半导体存储芯片的基本结构
4. 掌握存储器和处理器的连接方式
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第三章 半导体存储器及其接口
作业 1．什么是SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、E2PROM？ 分别说明它的特点和简 单工作原理。 2．如果要访问一个存储容量为64K×8的存储器，需要多少条数据线和地址线？ 3．已知RAM的容量为 （1）16 K×8 （2）32 K×8 如果RAM的起始地址为5000H，则各RAM对应的末地址为多少？ 4．如果一个应用系统中ROM为8KB，最后一个单元地址为57FFH，RAM紧接着ROM后面编 址，RAM为16KB，求该系统中存储器的第一个地址和最后一个单元地址. 5．存储器与CPU的接口主要由哪些部分组成？ 6．若某微机有16条地址线，现用SRAM 2114（1 K×4位）存储芯片组成存储系统，问采用线 选译码时，系统的存储容量最大为多少？需要多少个2114存储器芯片？ 8．用1024×1位的RAM芯片组成16 K×8位的存储器，需要多少个芯片？分为多少组？共需 多少根地址线？地址线如何分配？试画出与CPU的连接框图。
半导体 存储器
4
第三章 半导体存储器及其接口
二、半导体存储芯片的一般结构
地 址 寄 存 地 址 译 码 读 写 电 路 数 据 寄 存
存储体
AB
DB
控制电路
OE WE CS
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第三章 半导体存储器及其接口
1. 存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息。
（1）每个存储单元具有一个唯一的地址。
（2）芯片的存储容量＝2M×N
M：芯片的地址线根数
N：芯片的数据线根数
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第三章 半导体存储器及其接口
2. 地址译码电路：
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定
的存储单元。
（1）单译码结构
（2）双译码结构
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第三章 半导体存储器及其接口
0 0 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 译 码 器 63 存储单元 A2 A1 A0 64个单元 0 1 列译码 A3A4A5 7 行 译 码 1 64个单元 7
D 0 CS WE
第三章 半导体存储器及其接口
用8K1位芯片位扩展组成8K8位的存储器
7 I/O 8 I/O
…
…
A0
地址总线
A12 CS WR
1 8 K× 1 CS WR I/O
2 I/O
3 I/O
4 I/O
5 I/O
6 I/O
控制总线
D7 数据总线
…
D0
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第三章 半导体存储器及其接口
• 字扩展
单译码
双译码
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第三章 半导体存储器及其接口
3.片选和读写控制逻辑： 选中存储芯片，控制读写操作。 （1）片选端CS或CE 有效时，可以对该芯片进行读写操作。 （2）输出OE 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 （3）写WE 控制写操作。有效时，数据进入芯片中
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第三章 半导体存储器及其接口
三、半导体存储器的主要技术指标 1. 存储容量： 2. 存取速度： （1）存取时间（Access Time）TA： 从存取命令发出，到操作完成所经历的时间。 （2）存取周期（Access Cycle）TAC： 两次存储器访问间所允许的最小时间间隔。 3. 制作工艺： NMOS、CMOS
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第三章 半导体存储器及其接口
2. 典型芯片: DRAM芯片4116 （1）存储容量为16K×1 （2）16个引脚： 1）7根地址线A6～A0 2）2根数据线DIN和DOUT 3）行地址选通RAS 4）列地址选通CAS 5）读写控制WE
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VBB DIN WE RAS A0 A2 A1 VDD
1 2 3 4 5 6 7 8
读时序
写时序
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第三章 内部存储器
注意：
1、刷新的本质是充放电 2、按行刷新，所以刷新计数器的长度等于行地址锁存器 3、每次读后都进行刷新 4、要安排专门的刷新周期
Hale Waihona Puke 2013-8-22中国石油大学
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第三章 半导体存储器及其接口
3．3 只读存储器（ROM） 一、掩膜ROM
在ROM的制作阶段，通过掩膜将信 息做到芯片里。
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8088： 总线生成： 2114： A19~A0、 D7~D0、 M/IO, WR, RD A19~A0、 D7~D0、 MEMR、MEMW A9~A0、 IO3~IO0、 WE，OE ，CS
问题：如果用2114（1K × 4）组成8位系统，如何连 接？
（1）位扩展（增加存储字长） （2）字扩展（增加存储容量） （3）字位扩展
二、PROM
在PROM中晶体管发射极与数据位 线间连有熔丝 ， 只能编程一次。
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第三章 半导体存储器及其接口
三、EPROM
顶部有一个石英窗口， 紫外线擦除、电可写
四、EEPROM
电擦写，可在线擦写。
五、FLASH
大容量，电擦写，块擦，
是U盘的主要存储体
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