随机存取存储器(RAM)一般结构和读写过程

原文地址：http://www.wuyazi.com/dlt/jcdl/szdl/201501/29711.html

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。写入信息的操作过程，在第一次写入信息之前，存储单元中的信息是随机信息。

假定要写入信息“1”：

　1)地址码加入，地址有效后，相对应的行选线X和列选线Y都为高电平，T5、T6、T7、T8导电；

　2)片选信号有效(低电平)；

　3)写入信号有效，这时三态门G2、G3为工作态，G1输出高阻态，信息“1”经G2、T7、T5达到Q端；经G3反相后信息“0”经T8、T6达到。T4导电，T3截止，显然，信息“1”已写入了存储单元。

假定要读出信息“1”：

　1)访问该地址单元的地址码有效；

　2)片选有效=0；

　3)读操作有效R/=1；此时：三态门G1工作态，G2、G3高阻态，存储单元中的信息“1”经T5、T7、G1三态门读出。

　　除上述NMOS结构的静态SRAM以外，还有以下几种类型的SRAM。

　　CMOS结构的SRAM：功耗更加低，存储容量更加大。

　　双极型结构SRAM：功耗较大，存取速度更加快。

　2.动态存储单元(DRAM)

　　静态存储单元存在静态功耗，集成度做不高，所以，存储容量也做不大。动态存储单元，利用了栅源间的MOS电容存储信息。其静态功耗很小，因而存储容量可以做得很大。静态RAM功耗大，密度低，动态RAM功耗小，密度高。动态RAM需要定时刷新，使用较复杂。

　　动态存储单元(DRAM)的典型结构：

　　门控管T3、T4、T5、T6、T7、T8 ，C1、C2为MOS电容。

　　DRAM的读/写操作过程：

　1)访问该存储单元的地址有效；2)片选信号有(未画)；3)发出读出信息或写入新信息的控制信号。

　　读出操作时，令原信息Q=1，C2充有电荷，地址有效后，行、列选取线高电平；加片选信号后，送读出信号R=1，W=0；T4、T6、T8导电，经T4、T6、T8读出。写入操作时，假定原信息为“0”，要写入信息“1”，该存储单元的地址有效后，X、Y为高电平；在片选信号到达后，加写入命令W=1，R=0，即“1。信息经T7、T5、T3对C2充电。充至一定电压后，T2导电，C1放电，T1截止，所以，Q变为高电平，“1”信息写入到了该存储单元中。如果写入的信息是“0”，则原电容上的电荷不变。

　　动态RAM的刷新：由于DRAM靠MOS电容存储信息。当该信息长时间

不处理时，电容上的电荷将会因漏电等原因而逐渐的损失，从而造成存储数据的丢失。及时补充电荷是动态RAM中一个十分重要的问题。补充充电的过程称为“刷新”—Refresh,也称“再生”。

 

　　补充充电的过程：加预充电脉冲、预充电管T9、T10导电，C01，C02很快充电至VDD，撤消后，C01，C02上的电荷保持。然而进行读出操作：地址有效，行、列选线X、Y高电平；R=1，W=0进行读出操作，如果原信息为Q=“1”，说明MOS电容C2有电荷，C1没有电荷(即T2导电，T1截止)；这时C01上的电荷将对C2补充充电，而C02上的电荷经T2导电管放掉，结果对C2实现了补充充电。读出的数据仍为，，则DO=1。

　　实际上，在每进行一次读出操作之前，必须对DRAM按排一次刷新，即先加一个预充电脉冲，然后进行读出操作。同时在不进行任何操作时，CPU也应该每隔一定时间对动态RAM进行一次补充充电(一般是2mS时间)，以弥补电荷损失。

三、静态RAM的容量扩展(SRAM)

　　通常微处理器的数据总线为8位、16位或32位，而地址总线为16位或24位不等。当静态RAM的地址线和数据线不能与微机相匹配时，可用地址线扩展、数据线扩展或地址和数据线同时进行扩展的方法加以解决。

　1.RAM容量的扩展---位数扩展 数据线扩展

　　如SRAM 2114：10位地址，4位数据线，其容量=210×4=1024 ×4=4096字位(4K)。

　例：用4K容量的RAM2114，实现一个容量为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，故只要进行数据位扩展即可，选用RAM2114两片，将两片的地址线，读/写线及片选线并联，两片的位线分别作为高4位数据和低4位数据，组成8位的数据线即可。扩展后的电路如图所示：

　2.SRAM容量的扩展---字位扩展，地址扩展，数据位扩展。

　例：用RAM2114，扩展成容量为4096×8字位(32K)的RAM。

　解：4096需要12位地址，而RAM2114只有10位地址，所以需要进行地址扩展，同时应该将一字 4位，扩展成一字8位。字的位扩展用前面方法，地址扩展用译码器完成，用8片RAM2114。扩展后的电路如图所示：