《存储器是计算机的主要组成部件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《存储器是计算机的主要组成部件（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、存储器是计算机的主要组成部件，它主要是用来存储信息的。存储器的类型有很多，按存储介质分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。半导体存储器芯片内包含大量的存储单元，每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，并能存储一位二进制信息。本章只讨论半导体存储器。一、存储器的分类：1.按工作方式不同：分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。 2.按制造工艺不同：RAM、ROM 又可分为双极型半导体存储器和单极型 MOS 存储器。MOS 型 RAM 又可分为静态 RAM 和动态 RAM 两种。RAM 中任何存储单元的内容均能被随机存取。它的特点是存取速度快，一般用作计算机的主存。ROM 中的内容是
2、在专门的条件下写入的，信息一旦写入就不能或不易修改。根据信息的写入方式不同，ROM 可以分为掩膜 ROM、可编程 ROM（PROM）、可擦除可编程 ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（E2PROM）四种。在正常工作时，信息只能读出不能写入，通常用于存放固定信息。掩膜 ROM 中的内容是在出厂前已写好的,用户不能改写；PROM 可由用户以专用设备将信息写入一次，写后不能改变；EPROM 可由用户以专用设备将信息写入，然后用紫外线照射擦除信息；E2PROM 采用电气方法擦除信息。半导体存储器的分类情况如图 5-1 所示。二、随机存取存储器(RAM)RAM 既可向指定单元写入信息又可从指定单
3、元读出信息,且读写时间与信息所处位置无关。RAM 根据制造工艺的不同可分为双极型 RAM 和 MOS 型 RAM，双极型 RAM 较 MOS 型 RAM 来说，速度高、功耗大、集成度低。在断电后，RAM 中信息将消失。1.随机存取存储器（RAM）的结构RAM 的一般结构形式包括存储矩阵、地址译码器和读写控制器三部分，并通过数据输入/输出线，地址输入线片选控制线和读写控制线与外界发生联系。如图 5-2 所示：解释：存储矩阵由若干存储单元组成，一个存储单元称为存储器的一个字，它所含有的基本存储电路（二进制数）的个数称存储器的字长。存储器中的每个字都对应唯一的地址编号。外界的地址经地址译码器译出后的
4、输出线称“字线”，它用来对存储矩阵中的存储单元进行选通。每个存储单元中的基本存储电路通过各自的连线与读/写控制器相连，该连线称存储器的“位线”。对于有 n 位地址和 m 位字长的存储器来说，共有 2nm 个存储电路，即存储容量是 2nm 位二进制数位。读写过程：n 位地址经地址译码器译出后，使 2n 条字线中的一条有效，这条有效的字线选中存储矩阵中的一个存储单元。在片选信号 CS=1， =1，被选中单元的 m 个基本存储电路通过 m 根位线向外界读出存储单元的内容；当 CS=1， =0 时，由外界通过 m 根位线向选中的存储单元写入新内容。当 CS=0 时，RAM禁止读写操作。2.静态 RAM
5、(SRAM)能存储一位二进制数的基本单元称基本存储电路。在电源供电的情况下，所存的信息能稳定保持，不需要进行定时“刷新”的基本存储电路称为静态存储电路，由它构成的 RAM 称静态 RAM。静态存储电路有双极型和 MOS 型两种，这里以 MOS 为例。电路说明：MOS 型静态 RAM 的基本存储电路如图 5-3所示，它由虚线框内的 6 个 NMOS 管组成。T1、T3 两个反相器交叉耦合构成一个基本 RS 触发器，用于存储一位二进制信息，T2、T4 是负载管，Q 和 是触发器的一对互补输出。若 Q=1， =0，则表示存储的信息是 1，若 Q=0， =1，表示存储的信息是 0。T5、T6 受行选线
6、 Xi 控制，当Xi=1 时，T5、T6 导通，触发器中存储的信息 Q 和 分别送到位线 D 和 。T7、T8 受列选线 Yi 控制，当Yi=1 时，T7、T8 导通，位线 D 和 上的信息分别被送到输出线 I/O 和 ，从而使触发器的 Q 和 与外界数据线相通。读写过程：读操作时，使行选线 Xi、列选线 Yi 均为1，触发器存储的信息由 Q 和 经 D 和 从 I/O 和 读出。写操作时，使行选线 Xi、列选线 Yi 均为 1，同时将要写入的数据加在 I/O 和 上（要写 1，使I/O=1、 =0；要写 0，使 I/O=0， =1），经 D 和 、Q 和 加到 T3、T1 的栅极上，使触发器
7、存入相应的信息。信息一旦写入，只要不断电，触发器保持不变。3.动态 RAM（DRAM）动态 RAM 的基本存储电路是利用 MOS 管栅-源间电容对电荷的暂存效应来实现信息存储的。因为电容存在漏电阻，为避免信息的丢失，必须给电容补充漏掉的电荷，这一操作称为“刷新”。常见的 MOS 存储电路有单管电路、三管电路和四管电路。目前大容量的动态 RAM 大多采用单管 MOS 动态存储电路。电路如图 5-4 所示：（Cs 用于存储信息，T 为门控管。）读写过程：写入数据时，使字选线为 1，门控管 T 导通。来自数据线 D 的待写入信息经由位线存入电容 Cs。写入1 时，位线为 1。电容 Cs 充电；写入
8、0 时，位线为0，电容 Cs 放电。读出数据时，使字选线为 1,门控管 T 导通。若电容 Cs 上有电荷，便会通过位线的分布电容 C放电，位线上有电流流过，表示读出信息 1；若电容 Cs 上无电荷，位线上没有电流流过，表示读出信息 0。三、只读存储器(ROM)ROM 中的信息在正常工作时只能读出不能写入，断电后,信息仍保持,用于存放固定的信息,电路结构较 RAM 的简单。根据制造工艺的不同，可将 ROM 分为掩膜 ROM、可编程 ROM（PROM）、可擦除可编程 ROM（EPROM）和电可擦除可编程 ROM（E2PROM）。1.只读存储器的结构ROM 的一般结构由地址译码器、存储矩阵和读出电路
9、三部分组成。图 5-5 说明：n 位地址经译码器译出后使 2n 条字线中的一条有效，它选中存储矩阵 2n 个存储单元中的一个。通过被选通单元的 m 个基本存储电路的位线，即可读出存储单元的内容。对于有 n 位地址和 m 位字长的 ROM 来说，它的存储容量为 2nm 位。2.只读存储器(ROM)的基本耦合单元ROM 的基本耦合单元有二极管、三极管和 MOS 管。掩膜 ROM 中的信息在制造过程中通过掩膜工艺存入，用户不能进行修改。它适用于大批量生产。PROM 在出厂时，其中所有的基本耦合单元全通或全断，即内容为全 1 或全 0。用户可以使用专门设备将自己的数据写入 PROM 中，数据一旦写入就
10、不可修改。PROM 相当于由用户自己完成 ROM 生产中写入信息的工序，它适用于小批量生产。常见的 PROM 基本耦合单元是熔丝型。PROM 在出厂时，每个字线位线交叉处接有带熔丝的三极管或MOS 管，如图 5-8：用户写入信息时，通过地址线和要写入的数据内容有选择的将某些耦合管的熔丝用规定的脉冲电流烧断，而其余耦合管的熔丝则保留。对三极管来说，熔丝通表示 1，断表示 0；而 MOS 管正好相反。EPROM 的基本耦合单元采用浮栅雪崩注入 MOS 管，又称 FAMOS 管。FAMOS 管的栅极完全被二氧化硅绝缘层包围，无导线外引呈悬浮状态，故称为浮栅。图5-9 所示由 N 沟道 FAMOS 管
11、构成的 EPROM 基本耦合单元。解释：EPROM 出厂时，所有 FAMOS 管的浮栅不带电荷，FAMOS 管不导通，位线呈现 1 态；若 FAMOS 管漏极 D接 25V 高压，则漏源间瞬时产生雪崩击穿，浮栅累聚正电荷，使 FAMOS 管导通，位线呈现 0 态。待高压撤销后，由于浮栅中的电荷无处泄漏，所存信息不会丢失。EPROM 中写入内容后，必须用不透光的胶纸将芯片上的石英玻璃窗口封住，以免所存信息丢失。若用紫外光照射 EPROM 芯片上的石英玻璃窗口，1020分钟后，所有 FAMOS 浮栅中的电荷都会消失，EPROM恢复到全 1 的状态，又可写入新的内容。3.只读存储器的应用ROM 中地
12、址译码器由与门阵列构成，存储矩阵由或门阵列构成。地址译码器的每一根字线输出实际上对应地址编码输入的一个最小项，每一根位线输出相当于若干个最小项之和。任何组合逻辑电路都可以表示为最小项之和的形式，所以可以用 ROM 实现。举例：用 ROM 实现二进制码转换为格雷码。表 5-2 列出二进制码转换为格雷码的真值表，将表中的二进制码 B3B0 作为 ROM 译码器的地址输入，译码器输出字线 M0M15 相当于输入变量组合的最小项，格雷码中的每一位 G3G0 相当于函数的输出变量。将每一个输出变量所对应的的最小项之和在相应的字线、位线交叉处标以小黑点，便得到图 5-10 所示的 ROM 阵列逻辑图。 由上面可知用 ROM 设计组合电路的过程不需函数化简，而且，ROM 芯片的集成度较高，用它实现逻辑的电路可以减少芯片数。
