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《数字电子技术》教案
第6章 半导体存储器
课程章节
第6章 半导体存储器
课时分配
3
教学目标
1.了解半导体存储器的概念与分类。
2.掌握随机存取存储器的基本结构。
3.掌握RAM的工作时序。
4.区分RAM的存储单元。
5.掌握只读存储器的分类。
6.掌握ROM的结构及工作原理。
7.掌握Cache的结构和工作原理。
8.掌握地址映像与转换。
教学重点、难点
1.RAM的基本结构。
2.RAM的工作时序及存储单元。
3.RAM的容量扩展。
4.ROM的分类、结构及工作原理。
5.Cache的结构和工作原理。
6.地址映像与转换。
授课方式
课堂讲授,板书
教学内容
1.随机存取存储器
2.只读存储器
3.高速缓冲存储器
教学过程
6.1随机存取存储器(RAM)
1.半导体存储器的概念
半导体存储器是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器件,具有品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点,被广泛应用于数字电子设备中。
2.半导体存储器的分类:
(1)按照使用功能的不同,半导体存储器可分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。
(2)按照制造工艺的不同,半导体存储器可分为双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。
(3)按照存储原理的不同,半导体存储器可分为静态和动态两种。
6.1.1 RAM的基本结构
随机存取存储器简称RAM,也称作读/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;其缺点是数据的易失性,即一旦掉电,所存的数据全部丢失。
如图6-1所示为RAM的内部结构图,由存储矩阵、地址译码器、读/写控制器、输入/输出控制、片选控制等部分组成。
图6-1 RAM的内部结构图
1.存储矩阵
存储矩阵是RAM的核心部分,主要用来存储数据信息,其电路结构为寄存器矩阵。
2.地址译码器
地址译码器的作用是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号,从而选中该存储单元。
存储器中的地址译码器常用双译码结构(参见课本196页图6-2),行地址译码器用5—32译码器,地址线(译码器的输入)为,,…,,输出为,,…,;列地址译码器也用5—32译码器,地址线(译码器的输入)为,,…,,输出为,,…,,这样共有10条地址线。
3.读/写控制
访问RAM时,对选中的寄存器进行读操作还是写操作,还需要通过读/写控制线实施控制。如果是读,则被选中单元存储的数据经数据线、输入/输出线传送给CPU;如果是写,则CPU将数据经过输入/输出线、数据线存入被选中单元。
RAM的读/写控制通常由控制线的高低电平来实现,高电平为读,低电平为写;也有的RAM读/写控制线是分开的,一根为读,另一根为写。
4.输入/输出控制
RAM通过输入/输出端与计算机的中央处理单元(CPU)完成数据交换,读出时它是输出端,写入时它是输入端,即一线二用,因此需要读/写控制线实施控制。
RAM的输出端一般都具有集电极开路或三态输出结构,与读/写控制类似,其输入/输出控制也可由控制线的高低电平来实现。
5.片选控制
通常一片RAM有一根或几根片选线,当某一片的片选线接入有效电平时,该片被选中,地址译码器的输出信号控制该片某个地址的寄存器与CPU接通;当片选线接入无效电平时,则该片与CPU之间处于断开状态。
6.1.2 RAM的输入/输出控制电路
如图6-3所示为一个简单的输入/输出控制电路。
图6-3 输入/输出控制电路
(1)当选片信号时,,输出为0,三态门,,均处于高阻状态,输入/输出()端与存储器内部完全隔离,存储器禁止读/写操作,即不工作。
(2)当时,芯片被选通。
① 当时,输出高电平,被打开,于是被选中的单元所存储的数据出现在端,存储器执行读操作。
② 当时,输出高电平,,被打开,此时加在端的数据以互补的形式出现在内部数据线上,并被存入到所选中的存储单元,存储器执行写操作。
6.1.3 RAM的工作时序
1.读操作时序分析
如图6-4所示为RAM操作时序图。
图6-4 RAM读操作时序图
由图6-4可知,读操作过程主要包括以下几点:
(1)欲读出单元的地址加到存储器的地址输入端ADD。
(2)加入有效的选片信号CS。
(3)在线上加高电平,经过一段延时后,所选择单元的内容出现在端。
(4)让选片信号CS无效,端呈高阻态,本次读出过程结束。
(5)tAA为存取时间。
2.写操作时序分析
如图6-5所示为RAM写操作过程的时序关系。
图6-5 RAM写操作时序图
由图6-5可知,写操作过程主要包括以下几点:
(1)将欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端ADD。
(2)在选片信号CS端加上有效电平,使RAM选通。
(3)将待写入的数据加到数据输入端。
(4)在线上加入低电平,进入写工作
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