数据存储类型:
  • 磁存储技术
  • 光存储技术
  • 半导体存储技术

3.3.1随机存取存储器(RAM)

随机存取存储器具有以下的操作特点:
(1) 操作者能任意选中存储器中的某个地址单元,对该地址中的信息进行读出/写入。读出操作时原信息保留,写入新信息时,新信息将取代原信息。
(2) 电路一旦失电,信息全无;恢复供电后,原信息不能恢复,RAM中恢复的信息为随机数。
根据RAM的工作特点可见,计算机中的内存条,就是一种随机存取存储器RAM。

RAM的一般结构和读写过程

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行、列地址译码器

一个二进制译码器
将地址码翻译成行列对应的具体地址,然后去选通该地址的存储单元,对该单元中的信息进行读出操作或进行写入新的信息操作。"
例如一个10位的地址码
A₄A₃A₂A₁A₀=00101,
B₄B₃B₂B₁B₀=00011
时,则将对应于第5行第3列的存储单元被选中"
 

存储体

存放大量二进制信息的仓库,由成千上万个存储单元组成
每个存储单元存放一个二进制字信息,二进制字可能是一位的,也可能是多位的
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存储体(RAM)的容量:

I/O与读写控制电路

该部分电路决定存储器进行读出信息还是写入信息的操作
  1. 片选有效
选中该片RAM为工作状态
  1. 访问某地址单元的地址码有效
加入你想去访问的具体地址:如
  1. 读/写操作有效
WE=1读出信息; WE=0写入信息
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RAM中的存储单元

静态存储单元(SRAM)

SRAM存在静态功耗,集成度不高,存储容量做不大,速度非常快。一般的高速缓冲存储器用SRAM组成

动态存储单元(DRAM)

DRAM利用栅源间的MOS电容存储信息。其静态功耗很小,存储容量可以非常大。一般PC机的标准存储器都用DRAM组成
类型
特点
静态RAM (SRAM)
功耗大,集成度低
动态RAM (DRAM)
功耗小,集成度高
性能比较
SRAM比DRAM快2~5倍
其他特点
动态RAM需要定时刷新,使用较复杂

SRAM的容量扩展

当静态RAM的地址线和数据线不能和微机相匹配时,可以用地址线扩展数据线扩展地址和数据线同时扩展的方式扩充容量
数据线个数对应着存储单元二进制字的位数

位扩展

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地址没有增加,每个地址对应的二进制字的位数由4位增加到了8位
其中,RAMI对应着一个字的低4位;RAMII对应着一个字的高4位

字扩展(地址扩展)

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将片选有效输入作为地址的第11位
任意时刻,RAMI与RAMII有且仅有一个工作,所以他们可以共用一组数据线

同时拓展

下面给出将1024×4拓展成4096×8的例子;这要求我们地址位拓展为原来的4倍(1024→4096),数据宽度拓展为原来的两倍(4→8)
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  • 每两片RAM 2114编成一组实现位扩展,将位数据线宽度扩展成位,
  • 八片RAM 2114共分
    • 标0/1/2/3的分别为一组,不难发现他们的CS(片选使能)是接在一起的
  • 字扩展或地址扩展由译码器实现,高2位地址()经过2-4译码器译码后的个输出分别选通4组RAM 2114。

只读存储器的一般结构

ROM的一般结构主要包含以下几个关键部分:
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电路图的解释:每个交叉导线之间是没有连接的(没有交叉点)
  • 通过地址译码器,选中一路输出,给高电平
  • 有二极管的电路,导通,输出高电平;没有二极管的电路,不导通,输出低电平
  • 烧录的过程就是控制这些“二极管”的过程

1. 地址译码器

负责将输入的地址信号解码,选择相应的存储单元。地址译码器通常采用n-2ⁿ译码器,将n位二进制地址转换为2ⁿ个选通信号之一。

2. 存储体阵列

由多个存储单元构成的矩阵,每个存储单元存储1位二进制信息。存储体通常采用行列结构排列,便于寻址和读取。

3. 字输出电路

当地址译码器选中某一行后,该行所有存储单元的内容通过输出电路并行输出,构成一个完整的字。

4. 控制电路

负责产生读操作所需的时序控制信号,协调各部分工作。包括片选信号(CS)和输出使能信号(OE)等。
这些部件协同工作的基本过程是:
  1. 地址信号送入地址译码器进行解码
  1. 译码器输出选通信号,选中特定的存储单元行
  1. 被选中行的所有存储单元内容经过输出电路同时输出
  1. 在控制信号的配合下完成一次完整的读操作
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二、只读存储器ROM的种类

ROM可以根据写入方式和是否可重写分为以下几类:

1. 掩膜式ROM(Mask ROM)

在制造过程中通过光刻掩膜技术一次性写入数据,出厂后无法修改。具有成本低、可靠性高的特点,适用于大批量生产。

2. 一次可编程ROM(PROM)

出厂时所有位置都是1,用户可以通过专用编程器对存储单元进行一次性"烧写"。烧写过程是通过熔断二极管或晶体管来实现的,一旦写入就不可更改。

3. 可擦除可编程ROM(EPROM)

采用浮栅MOS管作为存储元件。数据写入是通过向浮栅注入电子实现的,需要使用专用编程器。擦除时需要照射紫外线(约15-20分钟),使浮栅中的电子逸出。芯片上有一个石英玻璃窗口用于照射紫外线。

4. 电可擦除ROM(E²ROM/EEPROM)

也使用浮栅MOS管存储,但可以用电信号擦除,无需紫外线。可以选择性地擦除字节,但写入速度较慢,成本较高。主要用于需要经常更新但数据量较小的场合。

5. 闪存(Flash Memory)

结构与EEPROM类似,但采用扇区擦除方式。具有以下特点:
  • 擦除以块为单位,速度快于EEPROM
  • 密度高,成本较低
  • 可以在系统中实现编程(In-System Programming)
  • 擦写次数有限(一般10万次左右)
目前被广泛应用于U盘、固态硬盘等存储设备中。

三、ROM应用举例

ROM产生各种逻辑函数

ROM可以产生各种逻辑函数,这是因为ROM具有以下特点:
  • ROM内部具有与阵列结构,可以实现多输入变量的与操作
  • ROM的编程实质是控制或阵列的连接方式,通过不同的连接组合可以实现各种输出逻辑
因此,通过合理设计ROM的存储内容,可以实现任意的组合逻辑函数。这种方法特别适用于:
  • 复杂的组合逻辑电路实现
  • 查找表(Look-up Table)的实现
  • 代码转换器的设计

例 用EPROM2716等设计一个能显示“日”字的字符发生器
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  • 点亮条件:发光二极管一边给高,一边给低
  • 逐行扫描
 
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浙江大学电气工程学院本科生
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