数电 第七章 第2部分随机存取存储器RAM讲解
数字电路第七章
第七章半导体存储器7.1 随机存取存储器（RAM）RAM的基本结构RAM的存储单元RAM的容量扩展RAM的芯片介绍7.2 只读存储器（ROM）ROM的分类ROM的结构及工作原理ROM的应用ROM的容量扩展存储器的基本概念存储器——用以存储二进制信息的器件。
半导体存储器的分类：根据使用功能的不同，半导体存储器可分为两大类：（1）随机存取存储器（RAM）也叫做读/写存储器。
既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。
RAM的缺点是数据易失，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
（2）只读存储器（ROM）。
其内容只能读出不能写入。
存储的数据不会因断电而消失，即具有非易失性。
存储器的容量：存储器的容量=字长（n）×字数（m）一．RAM 的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。
7.1 随机存取存储器（RAM ）存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出······11&&G G G CS R/W3451G DDI/OG 24. 片选及输入/输出控制电路当选片信号CS ＝1时，G 5、G 4输出为0，三态门G 1、G 2、G 3均处于高阻状态，I/O 端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作。
当CS ＝0时，芯片被选通：当R /W ＝1时，G 5输出高电平，G 3被打开，被选中的单元所存储的数据出现在I/O 端，存储器执行读操作；当R /W ＝0时，G 4输出高电平，G 1、G 2被打开，此时加在I /O 端的数据以互补的形式出现在内部数据线上，存储器执行写操作。
三．RAM 的容量扩展1．位扩展用8片1024（1K ）×1位RAM 构成的1024×8位RAM 系统。
1024×1RAM A A AR/W CS01...I/O I/O ...1024×1RAM A A AR/W CS01...I/O I/O 1024×1RAM A A AR/W CS019...I/O I/O ...A A 01017999A CSR/W2．字扩展..A C Y Y G G 0B G 17....Y 174LS138+5VA 122A 2B1024×8RAMA A AR/W CS01...I/O ...1024×8RAMA A AR/W CS01...1024×8RAMA A AR/W CS019...I/O A A 01R/W17999A 0I/O 0I/O 0I/O I/O 1I/O 1I/O 17I/O 7I/O 7I/O ...............A 11A 10例：用8片1K ×8位RAM 构成的8K ×8位RAM 。
数字电子技术基础PPT第7章 存储器
存储器是一种能存储大量二进制信息的电子器件，它是由许多 存储单元组成的。每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，能 存储1位（或1组）二进制信息，存储器被大量用在嵌入式（单片机） 系统中。本章主要介绍只读存储器与随机存储器的结构、工作原理 与实际的存储器
7.1 只读存储器 7.1.1 只读存储器概述 只读存储器（ROM）的特点是存储单元断电后，数据不会丢失。 1．不可写入数据的只读存储器 （1）二极管ROM 以二极管作为存储单元的存储器。 （2）掩模存储器（MROM，Mask ROM） 掩模只读存储器是数据在存储器的制作过程中就永久地保存在存储阵列中的只读存 储器。 2．可写入数据的存储器 （1）一次编程存储器（PROM，Programmable ROM） 一次编程存储器是用户使用专用编程设备可以进行一次编程的只读存储器。 （2）可擦除存储器（EPROM，Erasable Programmable ROM） 可擦除只读存储器，常用的紫外线可擦除可编程只读存储器（UV EPROM）是可 用紫外线擦除数据、用专用编程设备写入数据的只读存储器。擦除数据时，需要将 该存储器芯片用紫外光照射几十分钟。 （3）电擦除存储器（E2PROM，Electrical Erasable Programmable ROM） 电可擦除可写入的只读存储器，是电擦除、写入数据的只读存储器。数据的擦除与 写入在毫秒数量级。 （4）快闪存储器（FLASH ROM） 快闪电可擦除、写入存储器，是读写速度更快、容量更大的电可擦除可写入的只读 存储器。
（4）闪速存储器 闪速（FLASH）存储器按照存储矩阵的结构不同，分为NOR及NAND两类，其 矩阵结构与前述掩模存储器基本相同。 FLASH与E2PROM的主要区别是E2PROM具有位擦除能力，而FLASH存储器不 具有这个能力，只能块或字节擦除，因此存储单元可以使用一个浮栅MOS管实现， 占有更小的面积，具有更大的容量。 NOR FLASH读写速度较NAND FLASH快，可以块或字节为单位读写. NAND FLASH的单元尺寸比NOR FLASH的小，因此同样大小的芯片面积， NAND FLASH的容量比NOR FLASH大得多。
RAM的讲解
RAM的讲解问题1：什么是DRAM、SRAM、SDRAM？答：名词解释如下DRAM--------动态随即存取器，需要不断的刷新，才能保存数据，⽽且是⾏列地址复⽤的，许多都有页模式SRAM--------静态的随机存储器，加电情况下，不需要刷新，数据不会丢失，⽽且⼀般不是⾏列地址复⽤的SDRAM-------同步的DRAM，即数据的读写需要时钟来同步问题2：为什么DRAM要刷新，SRAM则不需要？答：这是由RAM的设计类型决定的，DRAM⽤了⼀个T和⼀个RC电路，导致电容会漏电和缓慢放电，所以需要经常刷新来保存数据问题3：我们通常所说的内存⽤的是什么呢？这三个产品跟我们实际使⽤有什么关系？答：内存（即随机存贮器RAM）可分为静态随机存储器SRAM，和动态随机存储器DRAM两种。
我们经常说的“内存”是指DRAM。
⽽SRAM⼤家却接触的很少。
问题4：为什么使⽤DRAM⽐较多、⽽使⽤SRAM却很少？答：1）因为制造相同容量的SRAM⽐DRAM的成本⾼的多，正因为如此，才使其发展受到了限制。
因此⽬前SRAM基本上只⽤于CPU内部的⼀级缓存以及内置的⼆级缓存。
仅有少量的⽹络服务器以及路由器上能够使⽤SRAM。
2）存储单元结构不同导致了容量的不同：⼀个DRAM存储单元⼤约需要⼀个晶体管和⼀个电容（不包括⾏读出放⼤器等），⽽⼀个SRAM存储单元⼤约需要六个晶体管。
DRAM和SDRAM由于实现⼯艺问题，容量较SRAM⼤，但是读写速度不如SRAM。
问题5：⽤得最多的DRAM有什么特点呢？它的⼯艺是什么情况？（通常所说的内存就是DRAM）答：1）DRAM 需要进⾏周期性的刷新操作，我们不应将SRAM与只读存储器（ROM）和Flash Memory相混淆，因为SRAM是⼀种易失性存储器，它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。
“随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问，⽽不管前⼀次访问的是哪⼀个位置。
2）DRAM和SDRAM由于实现⼯艺问题，容量较SRAM⼤。
随机存取存储器(RAM)
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13
例：将256×1的RAM扩展为 256×8的RAM。
将8块256×1的RAM的所有地址线和CS（片选线） 分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个 RAM输出的一位。
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14
256×8RAM需256×1RAM的芯片数为：
N
总存储容量 一片存储容量
2568 2561
数字电子技术
随机存取存储器（RAM）
随机存取存储器又叫随机读/写存储器，简称 RAM，指的是可以从任意选定的单元读出数据，或 将数据写入任意选定的存储单元。
优点：读写方便，使用灵活。 缺点：掉电丢失信息。
分类： SRAM （静态随机存取存储器） DRAM （动态随机存取存储器）
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2
若
A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000 表示选中列地址为A11A10A9A8=0000、行地址为 A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存储单元。 此时只有X0和Y0为有效，则选中第一个信息单 元的k个存储单元，可以对这k个存储单元进行读出
或写入。
4. Intel 2116是16 K×1位动态存储器（DRAM），
是典型的单管动态存储芯片。它是双列直插16脚封
装器件，采用+12V和± 5V三组电源供电，其逻辑电
平与TTL兼容。
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1. 存储器容量的扩展
存储器的容量：字数×位数 ⑴ 位扩展（即字长扩展）：将多片存储器经适当 的连接，组成位数增多、字数不变的存储器。 方法：用同一地址信号控制 n个相同字数的RAM。
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随机存取存储器
◇ 动态存储单元的优点是集成度高，容量大、功耗低，但 速度较慢，使用起来不如SRAM方便。以动态存储单元 为基础的RAM称动态RAM（Dynamic RAM, DRAM）。
动态RAM芯片HY57V2562GTR 存储容量：16M×16bit
数字电路与逻辑设计
授课教师：陈东 电路与电子技术基础教学部
本次授课内容 —— 随机存取存储器（RAM）
RAM的基本知识 RAM的存储器结构 RAM的存储单元 RAM的容量扩展
RAM的基本知识
随机存取存储器（Random access memory,RAM），简称 随机存储器，它属于半导体存储器的一种，可以直接从其中 任一单元读出或存入数据，且存取数据时间与数据所在位置 无关。
RAM的存储单元——MOS静态存储单元
行门控管 基本R-S触发器 列门控管
RAM的存储单元——MOS动态存储单元
预 充 电 过 程
预充电结束后，电容上载有电荷。
1
读1 过 程
此电容预存有电 荷
读 出 1
1 1
选通Yj
1 放电回路 此电容已 存有1
0
1
读1 过 程
此电容预存有电
读
荷
出
0
1
0
1 放电回路 选通Yj
此电容已 此电存容有预0 存有1
电荷 1
1
写1 过1 程
充
电
1
回
路
1 数据
在不对本单元进行读、写时，为长期保存数据
，必须不断刷新。方法是：
刷
新
过
程
预
读
写
作
★ 静态存储单元和动态存储单元的对比：
随机存储器(RAM)
容量
容量
RAM的容量是指其能够存储的数据量，通常以兆字节（MB） 或千兆字节（GB）为单位。较大的容量可以支持更大的程序和
数据集，提高计算机的处理能力。
内存模块
兼容性问题
不同主板和设备可能需要不同类型的RAM，不匹配可能导致系统不稳定。
损坏
过热、电压不稳或物理损坏可能导致RAM故障或损坏。
RAM的维护和保养
定期清理
使用专业工具定期清理RAM表面的 灰尘和污垢，保持散热良好。
避免过热
保持良好散热环境，避免长时间高负 荷运行导致过热。
检查稳定性
定期检查RAM的稳定性，确保系统 正常运行。
RAM的应用领域
计算机系统
RAM是计算机系统的重要组成部分，用于 存储运行中的程序和数据。
嵌入式系统
嵌入式系统中的RAM用于存储程序和数据， 支持系统的实时处理和操作。
图形处理
高带宽的RAM用于存储大量的图形数据， 支持高性能的图形处理。
服务器
服务器中的RAM容量较大，支持多个操作 系统和应用程序同时运行。
随机存储器(RAM)
目录
• RAM的概述 • RAM的工作原理 • RAM的性能指标 • RAM的发展趋势 • RAM的常见问题与维护
01
RAM的概述
RAM的定义和特性
定义
随机存储器（RAM）是一种计算机硬 件组件，用于在计算机运行时存储数 据和指令。
特性
RAM具有高速读写能力，可以随时读 写数据，但断电后数据会丢失。
MRAM
磁性随机存取存储器（MRAM）利用磁性隧 道结（MTJ）的磁阻效应来存储数据，具有非
ram的名词解释是什么
ram的名词解释是什么RAM，即Random Access Memory的缩写，中文意为“随机存取存储器”。
以计算机为例，RAM是其中一种主要的存储设备，具有临时性、易读写的特点。
与硬盘等永久性存储设备相比，RAM的数据存储速度更快，但同时容量也更有限。
一、RAM的基本原理RAM是计算机的重要组成部分，负责暂时存储数据和程序的执行结果。
它的基本原理是利用半导体材料制作芯片，并通过电子器件来完成信息的读写。
当计算机运行程序或进行数据处理时，需要将数据加载到RAM中，以便CPU 能够快速读取和处理。
因为RAM存储器结构设计为单元矩阵，每个单元都有唯一的地址，可以随机访问其中的数据，因此得名RAM。
二、RAM的分类根据存储介质和工作方式的不同，RAM可分为多种类型，其中最常见的有静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。
1. 静态RAM（SRAM）静态RAM采用触发器作为存储单元，每个存储单元由6个晶体管组成，它的读取速度非常快且稳定。
SRAM的优点在于在电源供应正常情况下，数据可以一直保持，不需要周期性刷新。
这使得SRAM常用于高速缓存（Cache）和寄存器等需要快速访问和临时存储的场景。
2. 动态RAM（DRAM）动态RAM则采用电容作为存储单元，每个存储单元由一个电容和一个访问晶体管组成。
相比SRAM，DRAM的存储单元更小，成本更低，但也更加容易受到电容漏电的干扰，因此需要不断刷新（刷新频率通常为2～4 ms）以保持数据的稳定性。
DRAM主要用于主存（Main Memory）中，以满足计算机运行程序和处理数据的需求。
三、RAM的作用和意义RAM作为存储器层次结构中的一环，对计算机的性能起到至关重要的作用。
下面从三个方面阐述RAM的作用和意义。
1. 提高运行效率RAM的快速读取和写入速度，使得计算机能够在短时间内迅速加载数据和执行程序。
相对于硬盘等永久存储设备，RAM的读写速度要快得多，大大提高了计算机的运行效率。
03-教学课件_随机存取存储器RAM
全地址译码例
1 A19
1 A18
1 A17
1 A16
&
0 A15 0 A14 0 A13
1
1
SRAM 6264
0 CS1 CS2
+5V
15
6264芯片全地址译码例
A19 1111000
A12 0000000000000
A0
片首地址
A19 1111000
A12 1111111111111
A0
片尾地址
A0
片首地址
A19 0011111
A12
A0
1111111111111
片尾地址 17
全地址译码例
高位地址：0011111
0 A19 0 A18
1
1 A17
1 A16
1 A15
1 A14
1 A13
SRAM 6264
&
0 CS1 CS2
+5V
18
部分地址译码
用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得 被选中存储器芯片占有几组不同的地址范围。
存储器芯片与系统的连接分为两部分：
确定要访问的存储芯片
系统中可能存在多片存储器芯片，要访问的单元只能存在于某一片芯片上。
找到芯片后，寻找该芯片上要访问的单元。
6264芯片上有8K个单元，每个单元在该芯片上有惟一的13位地址码 每片6264芯片上第一个单元在该芯片上的地址：0 每片6264芯片上最后一个单元在该芯片上的地址：8191
随机存取存储器RAM
随机存取存储器（RAM）
RAM
静态存储器（SRAM） 动态存储器（DRAM）
存储元为双稳态电路 存储元为电容
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地址 寄存 器
A1 A0
D1 D0
Q1 Q0
A1 A0
丛发控
制逻辑
读写控制 逻辑
信息工程学院
2位二进制计数器, 处理A1A0
数据选择器
写地 址寄 存器
地址译码
输 存储阵列出 放
大
输入驱动
输入
寄存器
I /O
寄存各种使能控制信号，生成最终的 内部读写控制信号； OE
寄存要写入的 数据
ADV =0:普通模式读写
O(A7)
I
读A1 地址 单元 数据
I/O 输 出A1 数据; 开始 读A2 数据
I/O 输 出A2 数据;
开始 读A3
片 选 无 效
开始 读A4 地址 单元 数据
数据
I/O 输 I/O 输 I/O 输 出A4 入A5 出A6 数据; 数据; 数据; 开始 开始 开始 写A5 写A6 读A7 数据, 数据 数据
CE WE OE =100 高阻
CE WE OE =010 输入
Ai+1
行
? ?
译
An -1 ?
码
Ai ? ? A0 列 译? 码
存储 阵 列
CE WE OE =00X
CE WE
输入 OE
CE WE OE =011
高阻
I/O 电路
I
I
/O0
/Om -1
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SRAM 的工作模式
工作模式 保持 (微功耗)
读A1 地址 单元 数据
丛发 模式 读
A1+1 中的 数据
丛发 模式
读
A1+2 中的 数据
读A2 地址 单元 数据
丛发 模式 读
A2+1 中的 数据
丛发 丛发 丛发 模式 模式 模式
读 读 重新 A2+2 A2+3 读A2 中的 中的 中的 数据 数据 数据
信息工程学院
SSRAM 的使用特点：
在由SSRAM 构成的计算机系统中，由于在时钟 有效沿到来时，地址、数据、控制等信号被锁 存到SSRAM 内部的寄存器中，因此读写过程的 延时等待均在时钟作用下，由SSRAM 内部控制 完成。此时，系统中的微处理器在读写 SSRAM 的同时，可以处理其他任务，从而提高了整个 系统的工作速度。
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7.2.3 动态随机存取存储器
1、动态存储单元及基本操作原理 写操作:X=1 WE =0 T导通，电容器C与位线B连通
输入缓冲器被选 刷新R 通，数据DI经缓冲 器和位线写入存 行选线X
储单元
如果DI为1，则向 电容器充电，C存 1;反之电容器放 电,C存0 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D O
读/写 WE
D I
读 写 输出无效
CE WE OE I /O0~ I /Om-1
1
X
X
高阻
0
1
0
数据输出
0
0
X
数据输入
0
1
1
高阻
1. RAM 存储单元
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? 静态SRAM(Static RAM)
Xi (行选择线 )
来自行地址译码 器的输出
T3
本单元门控制管:控 制触发器与位线的 接通。Xi =1时导通
V DD 存储
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7.2 随机存取存储器（RAM）
7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM) 7.2.2 同步静态随机存取存储器（SSRAM ） 7.2.3 动态随机存取存储器 7.2.4 存储器容量的扩展
信息工程学院
7.2 随机存取存储器（RAM）
7.2.1 静态随机存取存储器(SRAM) 1 SRAM 的基本结构
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WE =0:写操作 WE =1:读操作
普通模式读写模式: 在每个时钟有效沿锁存输入信号 ,在一 个时钟周期内,由内部电路完成数据的读(写)操作。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
CP
CE
ADV
WE
A
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
I /O
O(A1)
O(A2)
O(A3)
O(A4)
I (A5)
I (A6)
刷新缓冲器
输出缓冲器/ 灵敏放大器
输入缓冲器
存储单元
T
位
线
-
B
读操作:X=1 WE =1
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T导通，电容器C与位线B连通
输出缓冲器/灵敏放大器 刷新R
刷新缓冲器
被选通，C中存储的数据 通过位线和缓冲器输出
每次读出后，必须及时
行选线X
输出缓冲器/ 灵敏放大器
对读出单元刷新，即此
/
T
时刷新控制R也为高电平， DO
T3
位
T5
线
T1
B
T7 数 据 线D
VDD VGG
T4
T6 T2
存储 单元
位 线 B
Yj (列选择线)
T8
数 据 D线
Xi =1 ?T5、T6导通 触发器与位线接通
Yj =1 ?T7 、T8均导通 ?触发器的输出与数据 线接通，该单元通过 数据线读取数据。
3.SRAM 的读写操作及时序图 读操作时序图
V GG T4
单元
位 线
B
数 据
来自列地址译码线 D 器的输出
T5 T1
T6 T2
双稳态存储单元
电路
T7
T8
Yj (列选择线 )
列存储单元公用的门
位 线 B
数 据 D线
控制管，与读写控制电路相接
Yi ＝1时导通
1. RAM 存储单元
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? 静态SRAM(Static RAM)
Xi (行选择线)
则读出的数据又经刷新
缓冲器和位线对电容器C 进行刷新。
WE
D I
位
输入缓冲器
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地址
输出数据 CE OE
数据输出
tRC
读出单元的地址有效
tAA tOHA
上一个有效数据
数据输出有效
（a）
tRC
高阻
tACE tDOE
tLZOE
tLZCE
（b）
tHZCE
tHZOE 数据输出有效
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3.SRAM 的写操作及时序图
写操作时序图
地址 CE
tSA WE
数据
tWC 地址有效
ADV
地址 寄存 器
A1 A0
D1 D0
Q1 Q0
A1 A0
丛发控
制逻辑
写地 址寄 存器
数据选择器
地址译码 输
存储阵列出 放 大
读写控制
输入驱动
CE
逻辑
WE
输入
寄存器
I /O
OE
寄存地址线上的地址
A
ADV =0:普通模式读写CP ADV =1:丛发模式读写
WE =0:写操作 ADV WE =1:读操作
tSCE
tAW
tHA
tSD
tHD
输入数据有效
地址
tWC 地址有效
CE WE 数据
t AW
tHA
tSA
tSD
t HD
输入数据有效
信息工程学院
7.2.2 同步静态随机存取存储器 （SSRAM ）
SSRAM 是一种高速RAM。与SRAM 不同, SSRAM 的读写 操作是在时钟脉冲节拍控制下完成的。
A CP
ADV =1:丛发模式读写
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丛发模式读写模式：在有新地址输入后 ,自动产生后续地址
进行读写操作,地址总线让出
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
CP
CE
ADV
WE
A A1
A2
A3
I /O
O(A1) O(A1+1) O(A1+2 O(A2) O(A2+1 O(A2+2) O(A2+3) O(A2) I (A3) I (A3+1)