RAM的一般結(jié)構(gòu)和讀寫過程

1、一、RAM的一般結(jié)構(gòu)和讀寫過程1.RAM的一般結(jié)構(gòu)它由三部分電路組成：1)行、列地址譯碼器：它是一個(gè)二進(jìn)制譯碼器，將地址碼翻譯成行列對應(yīng)的具體地址，然后去選通該地址的存儲單元，對該單元中的信息進(jìn)行讀出操作或進(jìn)行寫入新的信息操作。例如：一個(gè)10位的地址碼A4A3A2A1A0=00101，B4B3B2B1B0=00011時(shí)，則將對應(yīng)于第5行第3列的存儲單元被選中。2)存儲體：它是存放大量二進(jìn)制信息的“倉庫”，該倉庫由成千上萬個(gè)存儲單元組成。而每個(gè)存儲單元存放著一個(gè)二進(jìn)制字信息，二進(jìn)制字可能是一位的，也可能多位。存儲體或RAM的容量：存儲單元的個(gè)數(shù)*每個(gè)存儲單元中數(shù)據(jù)的位數(shù)。例如，一個(gè)10位地址的R

2、AM，共有210個(gè)存儲單元，若每個(gè)存儲單元存放一位二進(jìn)制信息，則該RAM的容量就是210(字)×1(位)=1024字位，通常稱1K字位(容量)。3)I/O及讀/寫控制電路：該部分電路決定著存儲器是進(jìn)行讀出信息操作還是寫入新信息操作。輸入/輸出緩沖器起數(shù)據(jù)的鎖存作用，通常采用三態(tài)輸出的電路結(jié)構(gòu)。因此，RAM可以與其它的外面電路相連接，實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸(即可輸入，也可輸出)，使信息的交換和傳遞十分方便。2.RAM的讀出信息和寫入新信息過程(讀/寫過程)：時(shí)序訪問某地址單元的地址碼有效，假如你想去訪問的具體地址：如A9A0=0D3H=0011010011B，片選有效=0，選中該片RAM為

3、工作狀態(tài)。讀/寫操作有效：1，讀出信息；0，寫入信息；二、RAM中的存儲單元按照數(shù)據(jù)存取的方式不同，RAM中的存儲單元分為兩種：靜態(tài)存儲單元靜態(tài)RAM(SRAM)；動(dòng)態(tài)存儲單元?jiǎng)討B(tài)RAM(DRAM)。1.靜態(tài)存儲單元(SRAM)：它由電源來維持信息，如觸發(fā)器，寄存器等。靜態(tài)存儲單元(SRAM)的典型結(jié)構(gòu)：T5、T6、T7、T8都是門控管，只要柵極高電平，這些管子就工作在可變電阻區(qū)，當(dāng)作開關(guān)。其中，存儲單元通過T5、T6和數(shù)據(jù)線(位線)相連；數(shù)據(jù)線又通過T7、T8和再經(jīng)輸入/輸出緩沖電路和輸入/輸出線相連接，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交換。寫入信息的操作過程，在第一次寫入信息之前，存儲單元中的信息是隨機(jī)

4、信息。假定要寫入信息“1”：1)地址碼加入，地址有效后，相對應(yīng)的行選線X和列選線Y都為高電平，T5、T6、T7、T8導(dǎo)電；2)片選信號有效(低電平)；3)寫入信號有效，這時(shí)三態(tài)門G2、G3為工作態(tài)，G1輸出高阻態(tài)，信息“1”經(jīng)G2、T7、T5達(dá)到Q端；經(jīng)G3反相后信息“0”經(jīng)T8、T6達(dá)到。T4導(dǎo)電，T3截止，顯然，信息“1”已寫入了存儲單元。假定要讀出信息“1”：1)訪問該地址單元的地址碼有效；2)片選有效=0；3)讀操作有效R/=1；此時(shí)：三態(tài)門G1工作態(tài)，G2、G3高阻態(tài)，存儲單元中的信息“1”經(jīng)T5、T7、G1三態(tài)門讀出。除上述NMOS結(jié)構(gòu)的靜態(tài)SRAM以外，還有以下幾種類型的SRAM

5、。CMOS結(jié)構(gòu)的SRAM：功耗更加低，存儲容量更加大。雙極型結(jié)構(gòu)SRAM：功耗較大，存取速度更加快。2.動(dòng)態(tài)存儲單元(DRAM)靜態(tài)存儲單元存在靜態(tài)功耗，集成度做不高，所以，存儲容量也做不大。動(dòng)態(tài)存儲單元，利用了柵源間的MOS電容存儲信息。其靜態(tài)功耗很小，因而存儲容量可以做得很大。靜態(tài)RAM功耗大，密度低，動(dòng)態(tài)RAM功耗小，密度高。動(dòng)態(tài)RAM需要定時(shí)刷新，使用較復(fù)雜。動(dòng)態(tài)存儲單元(DRAM)的典型結(jié)構(gòu)：門控管T3、T4、T5、T6、T7、T8 ，C1、C2為MOS電容。DRAM的讀/寫操作過程：1)訪問該存儲單元的地址有效；2)片選信號有(未畫)；3)發(fā)出讀出信息或?qū)懭胄滦畔⒌目刂菩盘?。讀出操

6、作時(shí)，令原信息Q=1，C2充有電荷，地址有效后，行、列選取線高電平；加片選信號后，送讀出信號R=1，W=0；T4、T6、T8導(dǎo)電，經(jīng)T4、T6、T8讀出。寫入操作時(shí)，假定原信息為“0”，要寫入信息“1”，該存儲單元的地址有效后，X、Y為高電平；在片選信號到達(dá)后，加寫入命令W=1，R=0，即“1。信息經(jīng)T7、T5、T3對C2充電。充至一定電壓后，T2導(dǎo)電，C1放電，T1截止，所以，Q變?yōu)楦唠娖剑?”信息寫入到了該存儲單元中。如果寫入的信息是“0”，則原電容上的電荷不變。動(dòng)態(tài)RAM的刷新：由于DRAM靠MOS電容存儲信息。當(dāng)該信息長時(shí)間不處理時(shí)，電容上的電荷將會(huì)因漏電等原因而逐漸的損失，從而造成

7、存儲數(shù)據(jù)的丟失。及時(shí)補(bǔ)充電荷是動(dòng)態(tài)RAM中一個(gè)十分重要的問題。補(bǔ)充充電的過程稱為“刷新”Refresh,也稱“再生”。補(bǔ)充充電的過程：加預(yù)充電脈沖、預(yù)充電管T9、T10導(dǎo)電，C01，C02很快充電至VDD，撤消后，C01，C02上的電荷保持。然而進(jìn)行讀出操作：地址有效，行、列選線X、Y高電平；R=1，W=0進(jìn)行讀出操作，如果原信息為Q=“1”，說明MOS電容C2有電荷，C1沒有電荷(即T2導(dǎo)電，T1截止)；這時(shí)C01上的電荷將對C2補(bǔ)充充電，而C02上的電荷經(jīng)T2導(dǎo)電管放掉，結(jié)果對C2實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)充充電。讀出的數(shù)據(jù)仍為，則DO=1。實(shí)際上，在每進(jìn)行一次讀出操作之前，必須對DRAM按排一次刷新，即先

8、加一個(gè)預(yù)充電脈沖，然后進(jìn)行讀出操作。同時(shí)在不進(jìn)行任何操作時(shí)，CPU也應(yīng)該每隔一定時(shí)間對動(dòng)態(tài)RAM進(jìn)行一次補(bǔ)充充電(一般是2mS時(shí)間)，以彌補(bǔ)電荷損失。三、靜態(tài)RAM的容量擴(kuò)展(SRAM)通常微處理器的數(shù)據(jù)總線為8位、16位或32位，而地址總線為16位或24位不等。當(dāng)靜態(tài)RAM的地址線和數(shù)據(jù)線不能與微機(jī)相匹配時(shí)，可用地址線擴(kuò)展、數(shù)據(jù)線擴(kuò)展或地址和數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展的方法加以解決。1.RAM容量的擴(kuò)展-位數(shù)擴(kuò)展 數(shù)據(jù)線擴(kuò)展如SRAM 2114：10位地址，4位數(shù)據(jù)線，其容量=210×4=1024 ×4=4096字位(4K)。例：用4K容量的RAM2114，實(shí)現(xiàn)一個(gè)容量為1024×8 (8K字位)字位容量的RAM。解：1024×8字位容量，其地址仍是十位，故只要進(jìn)行數(shù)據(jù)位擴(kuò)展即可，選用RAM2114兩片，將兩片的地址線，讀/寫線及片選線并聯(lián)，兩片的位線分別作為高4位數(shù)據(jù)和低4位數(shù)據(jù)，組成8位的數(shù)據(jù)線即可。擴(kuò)展后的電路如圖所示：2.SRAM容量的擴(kuò)展-字位擴(kuò)展，地址擴(kuò)展，數(shù)據(jù)位擴(kuò)展。例：用RAM211