ram结构
单片机内部存储器结构与数据存取方法详解
单片机内部存储器结构与数据存取方法详解单片机是一种集成了处理器、内存和外设等功能于一体的微电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
其中，内部存储器是单片机的核心组成部分之一。
本文将详细介绍单片机内部存储器的结构和数据存取方法。
一、单片机内部存储器的结构单片机的内部存储器主要包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两部分。
1. 随机存取存储器(RAM)RAM是单片机内部的易失性存储器，用于存储数据、程序临时数据和运行时数据。
单片机内部的RAM可以根据存取速度和使用要求的不同，分为片内RAM 和片外RAM两种。
片内RAM是单片机芯片内部集成的存储器，速度较快。
它可以分为片内可读写RAM(RW-RAM)和片内只读RAM(RO-RAM)两种类型。
片内可读写RAM可以被程序读取和修改，存储媒介是电容或电子触发器。
而片内只读RAM则只能被程序读取，不能被修改。
片内RAM的容量相对较小，一般在几十到几百字节之间。
片外RAM是连接在单片机芯片外部的存储器，速度较慢。
它可以进一步分为静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)两种类型。
SRAM是基于触发器构建的，数据存储在触发器中，读写速度快且无需刷新。
DRAM则是基于电容构建的，存储数据需要定期刷新，但容量较大。
2. 只读存储器(ROM)ROM是单片机内部的非易失性存储器，用于存储程序和常量数据。
ROM的内容在出厂时就被写入，一般无法被程序修改。
单片机内部的ROM可以分为只读存储器(ROM)和可编程只读存储器(PROM)两种类型。
ROM存储器内容固定不变，其中包含了单片机的初始化程序和系统代码。
PROM存储器则可以通过特殊的编程操作烧写程序和数据，但一旦写入后无法擦除和修改。
这类存储器在生产流程中被用于定制特殊功能的单片机。
二、单片机内部存储器的数据存取方法单片机内部存储器的数据存取方法根据存储器的类型和连接方式而有所不同。
1. RAM的数据存取方法对于片内RAM，数据的存取可以通过直接读写特定的RAM地址来实现。
RAM的一般结构和读写过程
一、RAM的一般结构和读写过程1.RAM的一般结构它由三部分电路组成：1)行、列地址译码器：它是一个二进制译码器，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。
2)存储体：它是存放大量二进制信息的“仓库”，该仓库由成千上万个存储单元组成。
而每个存储单元存放着一个二进制字信息，二进制字可能是一位的，也可能多位。
存储体或RAM的容量：存储单元的个数*每个存储单元中数据的位数。
例如，一个10位地址的RAM，共有210个存储单元，若每个存储单元存放一位二进制信息，则该RAM的容量就是210(字)×1(位)=1024字位，通常称1K字位(容量)。
3)I/O及读/写控制电路：该部分电路决定着存储器是进行读出信息操作还是写入新信息操作。
输入/输出缓冲器起数据的锁存作用，通常采用三态输出的电路结构。
因此，RAM可以与其它的外面电路相连接，实现信息的双向传输(即可输入，也可输出)，使信息的交换和传递十分方便。
2.RAM的读出信息和写入新信息过程(读/写过程)：时序访问某地址单元的地址码有效，假如你想去访问的具体地址：如A9～A0=0D3H=0011010011B，片选有效=0，选中该片RAM为工作状态。
读/写操作有效：＝1，读出信息；＝0，写入信息；二、RAM中的存储单元按照数据存取的方式不同，RAM中的存储单元分为两种：静态存储单元—静态RAM(SRAM)；动态存储单元—动态RAM(DRAM)。
1.静态存储单元(SRAM)：它由电源来维持信息，如触发器，寄存器等。
静态存储单元(SRAM)的典型结构：T5、T6、T7、T8都是门控管，只要栅极高电平，这些管子就工作在可变电阻区，当作开关。
其中，存储单元通过T5、T6和数据线(位线)相连；数据线又通过T7、T8和再经输入/输出缓冲电路和输入/输出线相连接，以实现信息的传递和交换。
存储器是计算机的主要组成部件
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。
静态ram的名词解释
静态ram的名词解释静态RAM（Static Random-Access Memory）是一种常用于计算机内存系统的半导体存储器。
它与动态RAM（Dynamic Random-Access Memory）相对，两者之间有着一些重要的差异。
本文将对静态RAM进行详细的名词解释，介绍其结构、工作原理、特点以及应用领域。
一、结构和工作原理静态RAM由一组存储单元组成，每个存储单元通常由一个触发器（flip-flop）构成。
存储单元可存储一个二进制位（0或1），多个存储单元则构成了一个静态RAM单元。
在每个存储单元中，触发器的状态（高电平或低电平）表示着对应二进制位的值。
静态RAM以位（bit）为基本存储单元，不同于动态RAM以字节（byte）为基本存储单元。
每个位都由一个触发器组成，通常由6个晶体管构成。
这些晶体管实现了存储、刷新和读取操作。
在静态RAM中，数据的状态可以被保持，直到被修改或重新写入。
这种保持数据的特性使得静态RAM较为快速，读取速度快，对读写访问速度的限制较小。
然而，静态RAM也需要消耗更多的电力和占用更多的空间。
二、特点1. 高速性：相对于动态RAM而言，静态RAM具有更快的存取速度。
这主要是因为静态RAM存储单元的构造较为简单，不需要刷新操作。
2. 不需要刷新：静态RAM的数据状态可以一直保持，无需定期刷新。
这在某些实时应用中尤其重要，例如高性能计算、图像处理和网络通信等。
3. 较低的功耗：由于静态RAM不需要频繁的刷新操作，相对于动态RAM而言，它对功耗的需求较低。
4. 容量限制：静态RAM存储单元所需的面积较大，因此相对来说其容量限制较为严格。
这也导致静态RAM在成本上相对较高，因此在大容量存储需求下往往采用动态RAM。
5. 稳定性：静态RAM的存储单元可以保持数据状态，因此对于需要保持长时间数据稳定性的应用是一种理想的存储解决方案。
三、应用领域静态RAM广泛应用于各种计算机系统和电子设备，包括个人电脑、服务器、网络路由器、嵌入式系统等。
微机原理 第四章2
静态RAM的结构组成原理图 静态RAM的结构组成原理图 RAM 举例：其存储体为64*64=4096个 举例：其存储体为64*64=4096个6管静态存储电路组成 64*64=4096
静态RAM 静态RAM
常用的SRAM芯片有2114、2142（ 常用的SRAM芯片有 SRAM芯片有2114 ）、6116（2K× 6116 6264（8K× ）、62128 16K× ）、62256 32K× 62128（ 62256（ 6264（8K×8）、62128（16K×8）、62256（32K×8）等。 SRAM芯片 芯片2114 1、SRAM芯片2114 2114芯片容量为 芯片容量为1 18引脚DIP封装 引脚DIP封装。 Intel 2114芯片容量为1K×4位，为18引脚DIP封装。该芯片 共有10根地址线A 10根地址线 根数据线I/O 共有10根地址线A9～A0和4根数据线I/O4～I/O1。该芯片的读 写控制：无效时，数据线呈高阻；有效时选中芯片， 写控制：无效时，数据线呈高阻；有效时选中芯片，允许读 写操作，此时，若有效则进行写操作，无效时进行读操作。 写操作，此时，若有效则进行写操作，无效时进行读操作。
随机存取存储器（RAM） 随机存取存储器（RAM）
行线X 行线 +5V
6管静态RAM存储电路 管静态RAM存储电路 RAM (MOS) )
T3 T5 A
T4 B T6
T1
T2
T7 1 写控制 数据线 读控制 3 2
T8 列线Y 列线
读出信息： 非破坏性读出” 读出信息：“非破坏性读出” Out
NDRO—Non Destructive Read
3管动态基本存储电路
1、DRAM芯片2116 DRAM芯片2116 芯片 2116为单管动态RAM芯片。其存储容量为16 RAM芯片 16K Intel 2116为单管动态RAM芯片。其存储容量为16K×l位， 需用14条地址输入线，但2116只有16条引脚。由于受封装引 需用14条地址输入线， 2116只有16条引脚。 14条地址输入线 只有16条引脚 线的限制，只用了A 条地址输入线，数据线只有1 线的限制，只用了A6～A0 7条地址输入线，数据线只有1条 (1位 而且数据输入( 和输出( 端是分开的， (1位)，而且数据输入(DIN)和输出(DOUT)端是分开的，它们有 各自的锁存器。数据输入( 和输出( 各自的锁存器。数据输入(DIN)和输出(DOUT)线可通过外部电 路形成一个双向数据线。 路形成一个双向数据线。写允许信号为低电平时表示允许写 入，为高电平时可以读出，它需要3种电源。 为高电平时可以读出，它需要3种电源。
RAM的工作原理
RAM的工作原理
Random Access Memory（随机访问存储器），简称RAM，是计算机的
主存储器，是计算机主要的内存系统。
它是一种电子设备，用于存储程序
代码和数据，以及在计算机系统中执行程序以完成相关的计算任务。
RAM
的工作原理是，它将数据存储在芯片中的晶体管中，并以读写的方式存储，以便在计算机执行任务时访问数据。
其次，如果存取信号的有效期持续一段时间，比如50小时，那么晶
体管驱动电路就会根据此信号存储或恢复数据，并向请求者发出一个数据
就绪的信号。
最后，当计算机需要从RAM中读取或存储数据时，将发出一个控制信号，以激活一些特定的晶体管。
而晶体管驱动电路也会根据存取信号的有
效期持续一段时间，比如50秒，以便将所需的数据传输到晶体管，从而
完成数据的存取。
从硬件结构上看，RAM实际上由一组半导体晶体管组成。
每个晶体管
都具有数据选择，数据存取，数据传输，还有晶体管的控制。
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：
RAM原理和主要参数意义
RAM:RAM -random access memory（随机存取存储器)。
存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。
这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。
按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。
RAM基本结构和工作原理：RAM 结构框图如图1 所示:它主要由存储矩阵（又称存储体）、地址译码器和读/写电路 3 部分组成。
存储矩阵是存储器的主体，其他两部分称为存储器的外围电路。
存储矩阵是由许多存储单元有规则地排列构成的，每一个存储单元可以存储一位二进制码。
对每个存储单元用二进制码编号，即构成存储单元的地址，为了选中给定单元的地址，可以采用一元寻址（又称为字结构或单译码结构），或者二元寻址（又称位结构或双译码结构）。
其逻辑框图如2 所示，图中，存储矩阵包含16 个存储单元，所以，需要16 个地址。
图2（a）是一元寻址，由4 位地址码便可构成16 个地址，即16 条字线，每条字线为1 电平时便选中相应存储单元。
被选中单元通过数据线与读/写电路连接，便可实现对该单元的读出或写入。
图2(b)为二元寻址逻辑图，它有X 和Y 两个地址译码器。
每个存储单元由X 字线和Y 字线控制，只有在X 和Y 字线都被选中时才能对该单元读出或写入。
二元寻址可以大大减少字线数量。
所以，在大容量RAM 中均采用二元寻址。
SRAM:静态MOS 存储单元：核心是锁存器（T1~T4组成的基本锁存器）图3 所示的是静态MOS 六管存储单元。
图中，X i和Yj为字线；I/O为数据入/输出端；R/ W为读/写控制端。
当R/ W =0 时，进行写入操作；当R/ W =1 时，行读出操作。
电路均由增强型NMOS 管构成，T1、T3和T2、T4两个反相器交叉耦合构成触器。
电路采用二元寻址，当字线Xi和Yj均为高电平时，T5~T8均导通，则该单元选中，若此时R/ W为1，则电路为读出态，三态门G1、G2被禁止，三态门G3工作，存储数据经数据线D，通过三态门G3至I/O 引脚输出。
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RAM的基本结构
RAM的基本结构如图7-30所示，可以分为三个部分：存储矩阵，地址译码器及读写电路。
•
存储矩阵
存储矩阵是用来存储要存放的代
码，矩阵中每个存储单元都用一个二进
制码给以编号，以便查询此单元。
这个
二进制码称作地址。
•地址译码器
译码器可以将输入地址译为电平信号，以选中存储矩阵中的响应的单元。
寻址方式分为一元寻址和二元寻址。
一元寻址又称为单向译码或字译码，其输出的译码线就是字选择线，用它来选择被访问字的所有单元；二元寻址又称为双向译码，二元寻址能够访问每一个单元，由X地址译码器输出的译码线作为行选择线进行“行选”；由Y 地址译码器输出的译码线作为列选择线进行“列选”，则行、列选择线同时选中的单元即为被访问单元，可以对它进行“写入”或“读出”。
•读写电路
读写电路是RAM的控制部分，它包括片选CS，读写控制R/W以及数据输入读出放大器,片选CS的作用是只有当该端加低电平时此RAM才起作用, 才能
进行读与写,读写控制R/W的作用是当R/W端加高电平时,对此RAM进行读出,当R/W端加低电平时进行写入。
输出级电路一般采用三态输出或集电极开路输出结构，以便扩展存储容量，如果是集电极开路输出（即OC输出），则应外接负载电阻。
双口RAM
目录
编辑本段简介
双口RAM 是在一个SRAM 存储器上具有两套完全独立的数据线、地址线和读写控制线，并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机性的访问。
即共享式多端口存储器。
双口RAM最大的特点是存储数据共享。
一个存储器配备两套独立的地址、数据和控制线，允许两个独立的CPU或控制器同时异步地访问存储单元。
因为数据共享，就必须存在访问仲裁控制。
内部仲裁逻辑控制提供以下功能：对同一地址单元访问的时序控制；存储单元数据块的访问权限分配；信令交换逻辑（例如中断信号）等。
双口RAM可用于提高RAM的吞吐率，适用于作于实时的数据缓存。
编辑本段特点
（1）对同一地址单元访问的竞争控制
如果同时访问双口RAM的同一存储单元，势必造成数据访问失真。
为了防止冲突的发生，采用Busy逻辑控制，也称硬件地址仲裁逻辑。
图2给出了地址总线发生匹配时的竞争时序。
此处只给出了地址总线选通信信号先于片选脉冲信号的情况，而且，两端的片选信号至少相差tAPS——仲裁最小时间间隔（IDT7132为5ns），内部仲裁逻辑控制才可给后访问的一方输出Busy闭锁信号，将访问权交给另一方直至结束对该地址单元的访问，才撤消Busy闭锁信号，将访问权交给另一方直至结束对该地址单元的访问，才撤消Busy闭锁信号。
即使在极限情况，两个CPU几乎同时访问同一单元——地址匹配时片选信号低跳变之差少于tAPS，Busy闭锁信号也仅输出给
其中任一CPU，只允许一个CPU访问该地址单元。
仲裁控制不会同时向两个CPU发Busy闭锁信号。
（2）存储单元数据块的访问权限分配
存储单元数据块的访问权限分配只允许在某一时间段内由1个CPU对自定义的某一数据块进行读写操作，这将有助于存储数据的保护，更有效地避免地址冲突。
信号量（Semaphore，简称SEM）仲裁闭锁就是一种硬件电路结合软件实现访问权限分配方法。
SEM单元是与存储单元无关的独立标志单元，图3给出了一个信号量闭锁逻辑框图。
两个触发器在初始化时均使SEM允许输出为高电平，等待双方申请SEM。
如果收到一方写入的SEM信号（通常低电平写入），如图3所示，仲裁电路将使其中一个触发器的SEM 允许输出端为低电平，而闭锁另一个SEM允许输出端使其继续保持高电平。
只有当先请求的一方撤消SEM信号，即写入高电平，才使另一SEM允许输出端的闭锁得到解除，恢复等待新的SEM申请。
（3）信令交换逻辑（signaling logic）
为了提高数据的交换能力，有些双口RAM采用信令交换逻辑来通知对方。
IDT7130（1K容量）就是采用中断方式交换信令。
利用两个特殊的单元（3FFH和3FEH）作为信令字和中断源。
假设左端CPU向3FFH写入信令，将由写信号和地址选通信号触发右端的中断输出，只有当右端的CPU响应中断并读取3FFH信令字单元，其中断才被双口RAM撤消。