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第5章 半导体存储器
• 存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保
存计算机工作所必须的程序和数据，并用来存放
计算机在运行过程中产生的有用信息
• 存储器由具有记忆功能的两态物理器件组成，如
电容、双稳态电路等
• 存储器有两种基本操作：读操作和写操作
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5.1
半导体存储器分类
按所处地位不同，分为：
• 内存和外存
• 内存：存放当前运行所需要的程序和数据，以便向CPU快
速提供信息，相对辅存而言，主存的存取速度快，但容量
较小，且价格较高
• 外存：用来存放当前暂不参与运行的程序、数据和文件，
以及一些永久性保存的程序、数据和文件，在CPU需要处
理时再成批地与主存交换。特点是存储容量大，价格低，
但存取速度较慢
按存储介质，分为：
• 磁存储器（磁芯、磁盘及磁带）、半导体存储器（半导体
集成电路存储器）、光存储器、激光光盘存储器
• 半导体存储器按工作方式分为RAM和ROM
• 半导体存储器从器件原理分为TTL和MOS
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半导体存储器分类
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TTL和MOS存储器
• TTL 存 储 器 ： 双 极 型 存 储 器 ， 是 用 TTL （ TransistorTransistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）电路制成的存储器，
其特点是工作速度快，功耗大，集成度低，因此计算机中
的容量较小要求速度快的高速缓存（Cache）常采用双极
型存储器。
• MOS存储器：单极型存储器，是用MOS（Medal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体）电路制成的存储器，
其特点是集成度高，功耗低，价格便宜，但工作速度比双
极型存储器低。在计算机的主存中大量采用MOS存储器
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随机访问存储器RAM
• RAM：随机访问存储器（Random Access Memory），特点
是存储器中的信息既能随时读出，也能随时写入，RAM中
信息在关机后即消失
• RAM分为DRAM和SRAM两种
• SRAM：静态RAM （Static RAM），利用半导体触发器的两
个稳定状态表示“1”和“0”。电源不关掉，SRAM的信息不
会消失，不需刷新电路，非破坏性读出
• DRAM：动态RAM （Dynamic RAM），利用MOS管的栅极对
其衬底间的分布电容保存信息，DRAM的每个存储单元所
需MOS管较少，因此集成度高，功耗小，DRAM中的信息
会因电容漏电而逐渐消失，破坏性读出，读后需重写
• DRAM信息的保存时间一般为2ms，需配置刷新或重写电
路
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只读存储器ROM
• ROM：只读存储器（Read Only Memory），使用时只能读
出其中信息，而不能写入新的信息。ROM中信息关机后不
消失
• 按写入方式，ROM分为以下几种类型
• 掩膜ROM（Masked ROM）：生产时已将程序、数据写入其
中，用户只能读出，不能修改
• PROM（Programmable ROM）：可编程ROM，PROM中的程序
是由用户自行写入的，但一经写入就无法更改了，是一种
一次性写入的ROM。
• EPROM （ Erasable Programmable ROM ） ： 可 擦 除 可 编 程
ROM，
EPROM可由用户自行写入程序，写入后的内容可
用紫外线灯照射来擦除，然后可重新写入内容。EPROM可
多次改写
• E2PROM（Electrically Erasable Programmable ROM）：
电可擦除可编程ROM，可用电信号进行清除和重写的存储
器。E2PROM使用方便，但存取速度较慢，价格较贵
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存储器芯片的主要技术指标
• 存储容量：可寻址的存储器单元数×每单元二进制位数，
例如，SRAM6264容量为8K×8，即它有8K个存储单元，每
单元存储8位二进制数
• 存取时间：存储器访问时间，启动一次存储器操作到完成
该操作所需要的时间
• 存取周期：连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最
小时间
• 可靠性：用故障间隔平均时间（MTBF）来表示
• 功耗：要求低功耗
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5.2
读写存储器RAM
•
•
•
•
•
•
静态RAM基本存储电路
6个MOS管组成双稳态电路
T1截止 T2导通为“0”， T1
导通T2 截止 为“1”
T1T2 工作管，T3T4 负载管，
T5 T6T7T8 控 制 管 （ 其 中
T7T8共用）
写入：X线Y线有效，使
T5T6T7 T8导通，写控制有
效，使单元数据线与外部
数据线连通，靠T1T2的截
止与导通记录信息
读出：X线Y线有效，使
T5T6T7 T8导通，读控制有
效，使单元数据线与外部
数据线连通，从T2端读出
信息
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静态RAM芯片构成
• 三个部分组成：
存储体
行列译码器
控制电路
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芯片实例SRAM 2114
• 容量1K × 4
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芯片实例 SRAM 6116
• 容量:2K×8
• 片内有16384个存储单元，排成128×128的矩阵，构成2K
个字，11条地址线分成7条行地址线A4～A10，4条列地址线
A0～A3，字长8位，有8条数据线D7～D0
• 双列直插式芯片
• 24个引脚
Vcc
A10~A0
D7~D0
6116
GND
WE
OE
CE
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芯片实例 SRAM 6264
•
•
•
•
容量：8K×8
双列直插式芯片
28个引脚，其中一个空引脚
内部结构类似SRAM 2114
Vcc
A12~A0
D7~D0
6264
GND
WE
OE
CS1
CS2
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SRAM 6264 时序 写时序
twc
A0 ~ A12
CS1
CS2
tw
WE
D0 ~ D7
tDW
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SRAM 6264 时序 读时序
tRW
A0 ~ A12
CS1
CS2
tOE
OE
D0 ~ D7
tCO
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SRAM 6264 控制信号
WE
CS1
CS2
OE
D0 ~D7
0
0
1
X
写入
1
0
1
0
读出
X
0
0
X
X
1
1
X
X
1
0
X
三态
（高阻）
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SRAM 接口设计
• 存贮器与CPU的接口应包括三部分内容：
（1）与地址总线的接口
（2）与数据总线的接口
（3）与相应控制线的接口
• 存储器接口设计关键在于片选信号的连接
• 片选有三种设计方法：
（1） 线性片选法
（2） 全地址译码
（3） 部分地址译码
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SRAM 接口设计
SRAM6264
8088 系统 BUS
逻辑门组合
全地址译码
• 全地址译码分为
两种：逻辑门组
合法、译码器法
• 逻辑门组合法：
依靠门电路对地
址线进行组合，
从而得到需要的
地址范围
• 通常使用“与”、
“或”、“非”、
“与非”、“或
非”等门电路
D0
~
D7
D0
A0
A0
A12
A12
~
D7
WE
MEMW
CS2
+5V
MEMR
OE
A19
1
A18
1
CS1
A17
A16
&
A15
A14
A13
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SRAM 接口设计
SRAM6264
8088 系统 BUS
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D0 ~ D 7
译码器
全地址译码
• 使用译码器对高位
地址线进行译码，
全部地址线参加单
元地址编码
• 通常使用的译码器
有：
74LS138
74LS139
D0 ~ D 7
A0
A0
A12
A12
MEMW
WE
+5V
CS2
MEMR
OE
&
G1
CS1
A19
A18
A17
A16
?1
G2B
Y7
&
G2A
A15
C
A14
B
A13
A
74LS138
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SRAM 接口设计
部分地址译码
• 使用译码器
对部分地址
线进行译码
• 通常使用的
译码器有：
74LS138
74LS139
SRAM6264
8088 系统 BUS
D0 ~ D7
D0 ~ D7
A0
A0
A12
A12
MEMW
WE
CS2
+5V
OE
MEMR
A19
CS1
A17
&
A15
A14
A13
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SRAM 接口
设计举例
• 例：用存储器
芯 片 SRAM
6116 构 成 一 个
4KB 的 存 储 器 ，
要求其地址范
围 在 78000H ～
78FFFH之间
D0 ~ D7
D0 ~ D 7
A0
A0
A10
A10
SRAM
6116
MEMW
R/W
MEMR
OE
D0 ~ D 7
D0 ~ D7
A0
A0
A10
A10
MEMW
R/W
MEMR
OE
8088
系统 BUS
A19
A14
A18
A17
A16
A15
A13
A12
A11
&
G1
?1
G2B
&
CS
SRAM
6116
CS
Y0
G2A
LS138
Y1
C
B
A
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用1024＊1组成1K RAM
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用256＊4组成1K RAM
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用2114组成 2K RAM
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用2114组成 4K RAM
…
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具有RAM和ROM的系统
用8708（1024＊8位）组成 4K ROM
用2114（1024＊4位）组成 1K RAM
或非门
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动态随机存储器DRAM
• 动态RAM单元线路简单，以MOS管极间寄生电
容来存储信息
• 由于漏电原因，电容器上的电荷一般会在几毫秒
内泄漏掉。为此，必须定期给它们补充电荷，这
就是动态RAM的刷新
• 动态RAM集成度高，引脚数目受到小型化封装
的限制，往往较少，少量的地址线要分时做行地
址和列地址用
• 动态RAM内部结构有两个特点：一是具有行地
址锁存器和列地址锁存器，另一个是内部带有读
出再生放大器，提高信号输出功率
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DRAM单管存储单元电路
• 由 一 个 MOS 管 和 一 个
电容组成
• 写入：行选择有效，T1
导通，写入信息送上数
据线，列选择有效，T2
导通，信息写入存储电
容C
• 读出：与写入类似，行
列选通，T1T2导通，C
上的信息送上数据线
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DRAM芯片2164
• DRAM 2164，64K×1
• RAS：行地址锁存，兼作片选，对应低8位地址
• CAS：列地址锁存，对应高8位地址
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DRAM2164引脚及简化连接电路
• DRAM 2164，64K×1
• RAS：行地址锁存，
兼作片选，对应低8位
地址
• CAS：列地址锁存，
对应高8位地址
×8 片
A0～A7
A
2164
A0～A7
LS158
A8～A15
RAS
CAS
B
MEMW
S
RAS
CAS
WE
ADDSEL
Vcc
A7~A0
2164
DIN
DOUT



GND
WE
RAS
CAS
LS245
D0～D7
A
MEMR
DR
D0～D7
B
G
RAMADSEL
LS158是2至1选择器，S＝0选A，S＝1选B
ADDSEL=0与RAS=0同时有效
ADDSEL=1与CAS=0同时有效
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存储器扩展技术
位扩展（1）
• 用4K×4位的SRAM芯片进行位扩展，以构成容量为4KB
的存储器
地址总线 AB
A11～A0
A11～A0
读写信
号
选片信
号
R/W
CS
A11～A0
A11～A0
4K×4
4K×4
SRAM
SRAM
D3～D0
D3～D0
4KB 存储模块
D3～D0
D7～D4
数据总线 DB
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存储器扩展技术
位扩展（2）
• 用8个2164构成容量为64KB的存储器
地址总线 AB
A7～A0
MEMW
行选
列选
WE
RAS
A15～A8
A7～A0
64Kb
A7～A0
WE
RAS
A7～A0
64Kb
CAS
CAS
D7
A15～A8
A7～A0
…
WE
RAS
WE
RAS
…
CAS
D6
A15～A8
A7～A0
64Kb
64KB
CAS
D5
D1
D0
…
数据总线 DB
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存储器扩展技术
字位扩展
• 用DRAM2164构成容量为128KB的内存
D0～D7
64Kb×8
64Kb×8
A0～A15
A16
译
码
电
路
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5.3
• 掩模ROM的制作
只读存储器ROM

掩模ROM的读出
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复合译码结构的掩模ROM
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EPROM基本电路结构
• EPROM单元栅极浮空。
• 在制造好时，硅栅上没有电荷，管子内没有导电沟道，漏
极（D）和源极（S）之间不导电。此时，存储矩阵输出全
为1。
• 写入时，在D和S之间加电压25V，另加编程脉冲，使所选
中单元D和S之间瞬间击穿，就会有电子通过绝缘层注入到
硅栅，当高压电源去除后，硅栅因浮空，致使注入的电子
无处泄走，硅栅就为负，形成导电沟道，从而使EPROM单
元导通，输出为0
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芯片实例 EPROM 2716
•
•
•
•
容量：2K×8
双列直插式芯片
24个引脚
可擦除可编程的EPROM存储器
Vcc
A10~A0
D7~D0
2716
GND
OE
Vpp
CE
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芯片实例 EPROM 2764
•
•
•
•
•
容量：8K×8
双列直插式芯片
28个引脚，其中一个空引脚
可擦除可编程的EPROM存储器
与SRAM 6264引脚兼容
Vcc
A12~A0
D7~D0
2764
GND
PGM
OE
CE
Vpp
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芯片实例 EPROM 27128
•
•
•
•
容量：16K×8
双列直插式芯片
28个引脚
可擦除可编程的EPROM存储器
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Intel对EPROM编程的算法
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芯片实例 EEPROM 2864
•
•
•
•
•
容量：8K×8
双列直插式芯片
28个引脚，其中一个空引脚
电可擦除可编程的EEPROM存储器
与SRAM 6264、EPROM 2764引脚兼容
Vcc
A12~A0
D7~D0
2864
GND
WE
OE
CE
READY/BUSY
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第5章 结束
请同学们按教材后的习题
及时复习
吉林大学远程教育学院
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