第 7章存 储 器
(Memory)
存储器是大多数数字系统和计算机中不可缺少的部分，本章首先通过实训使读者了解电可编程只读存储器 EPROM的使用方法，然后详细介绍
RAM和 ROM的种类及工作原理，最后介绍几种常用的集成存储器芯片以及存储器的具体应用。
● 实训电路图
1 1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 0 0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
11
0
按照内部信息的存取方式，存储器通常可以分为 RAM和 ROM；
◆ 存储器的种类
(存储矩阵,地址译码、片选和读写 )
32行 × 32列矩阵存储器容量：
256× 4
（字数） × （位数）
存储器单元选择：
32根行线,8根列线
1） 存储矩阵
▲ 因此，该 RAM存储矩阵共需要 32根行选择线 X0~X31和 8根列选择线 Y0~Y7。
随机存取存储器 RAM
1,RAM结构
RAM,Random Access Memory 随机存取存储器
ROM,Read Only Memory 只读存储器
A7~A0=00011111时，选中哪个单元?
▲ 因此，该 RAM存储矩阵共需要 5+3根地址线 A7~A0即可全部寻址。
2）地址译码译码器 ……
25=32
A0
A1
A2
A3
A4
译码器
A5 A6 A7
23=8
1
1
1
1
1
0 0 0
字线位线
[31,0]
3）读 /写与片选控制
CS
W
CS
CS
CS
R
WR/
=1时：所有的 I/O 端均被禁止，不能进行读或写操作。
=0时：相应片存储器被选中，可进行读或写操作。
CS
CS
R/ =1，执行读操作，将存储单元中的数据送到输出端；W
R/ =0，执行写操作，将 I/O端数据写入存储单元中。W
当片选信号 =1时,三态门 G1,G2,G3均为高阻态,此片未选中,不能进行读或写操作 。 当片选信号 =0时,芯片被选中 。 若 R/ =1,则 G3
导通,G1,G2高阻态截止 。 此时 若 输 入 地 址 A7 ～ A0 为
00011111,于是位于 [31,0]的存储单元所存储的信息送出到片选与读写控制电路
I/O端,存储器执行的是读操作；若 R/ =0,则 G1,G2导通,G3高阻态截止,
I/O端的数据以互补的形式出现在数据线 D,上,并被存入 [31,0]存储单元,
存储器执行的是写操作 。
CS
CS
W
W
D
随机存取存储器 RAM
用于存放二进制信息（数据和运算的中间结果等）。
它可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入（写）或取出
（读）的信息操作，因此称为随机存取存储器。其结构示意图如图 7.2所示。
◆ RAM的结构随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读 /写控制电路等组成，参见图 7.2。
RAM结构示意图
D0 D1 D2 D3
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A8
R/W CS
256× 4 RAM
2,RAM的存储单元
RAM的核心元件是存储矩阵中的存储单元，按工作原理分,RAM的存储单元可分为,
1,静态存储单元 (SRAM)
SRAM是利用 双稳态触发器 来保存信息的，只要不断电，信息是不会丢失的，所以谓之静态；
DRAM利用 MOS （金属氧化物半导体）电容 存储电荷来储存信息，电容是会漏电的，所以必须通过不停的给电容充电来维持信息，这个充电的过程叫再生或刷新（ REFRESH）。由于电容的充放电是需要相对较长的时间的,DRAM的速度要慢于 SRAM。但 SRAM免刷新的优点需要较复杂的电路支持，如一个典型的 SRAM的存储单元需要六个晶体管（三极管）构成，而 DRAM的一个存储单元最初需要三个晶体管和一个电容，后来经过改进，就只需要一个晶体管和一个电容了。由此可见,DRAM的成本、集成度、功耗等明显优于 SRAM。
2,动态存储单元 DRAM
3,RAM的扩展 ( RAM的扩展分为 位扩展 和 字扩展 两种 )
1,位扩展例 7.1 试用 1024× 1RAM扩展成 1024× 8存储器。
解：扩展为 1024× 8存储器需要
1024× 1RAM的片数为,
N=总存储容量 ÷ 片存储容量 = =8(片 )
11024
81024
◆ 各片地址线的寻址范围相同,00 0000 0000 ~ 11 1111 1111 (000H~3FFH)
2,字扩展字数若增加，地址线需要做相应的增加，下面举例说明。
例 7.2 试用 256× 4RAM扩展成 1024× 4存储器。
解,需用的 256× 4RAM芯片数为：
N=总存储容量 /一片存储容量 =
4256
41024
=4（片）
用 256× 4RAM组成 1024× 4存储器
◆ 地址线的根数：本例为字扩展，扩展后为 1024条字线
（ 210），寻址 1K时的地址线需为十条。增加的地址线经过译码后接到各片的片选端各片地址范围的确定
◆ 片 1寻址范围,00 0000 0000B ~ 00 1111 1111B (000H~0FFH)
◆ 片 2寻址范围,01 0000 0000B ~ 01 1111 1111B (100H~1FFH)
◆ 片 3寻址范围,10 0000 0000B ~ 10 1111 1111B (100H~1FFH)
◆ 片 4寻址范围,11 0000 0000B ~ 11 1111 1111B (100H~1FFH)
3,字位同时扩展例 7.3 试把 64× 2RAM扩展为 256× 4存储器解 256× 4RAM需 64× 2RAM的芯片数为,
N=总存储容量 /一片存储容量 =
264
4256
=8（片）
先位扩展,
64× 2RAM?64× 4RAM，需两片 64× 2RAM组成 64× 4RAM；
再字扩展,
64× 4RAM?256× 4RAM，需 4片 64× 4RAM组成 256× 4RAM；
字数由 64扩展为 256，地址线由原来的 6条 A5～ A0扩展为 8条 A7～ A0。
各片地址范围的确定
◆ 地址线的根数：本例为字位扩展，由 256条字线（ 28）应需 8
根地址线。
◆ 各片地址线的寻址范围：
片 1,地址线 寻址范围,0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH
片 2,地址线 寻址范围,0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH
（片 1,2的数据线不同，片 1为 I/O1和 I/O2,片 2为 I/O3和 I/O4）
片 3,地址线 寻址范围,0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH
片 4,地址线 寻址范围,0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH
（片 3,4的数据线不同，片 3为 I/O1和 I/O2,片 4为 I/O3和 I/O4）
● 把 256× 2RAM扩展成 512× 4的 RAM，画出电路图并说明各片的地址范围。
本题属于字位扩展,512× 4的 RAM需 4片 256× 2RAM。解：
各片的地址范围为片 1 0 0000 0000-0 1111 1111 写成十六进制 000-0FFH
片 2 0 0000 0000-0 1111 1111B → 000 -0FFH
片 3 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100 -1FFH
片 4 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100 -1FFH
只读存储器 ROM (Read Only Memory )
掩膜 ROM,这种 ROM在制造时就把需要存储的信息用电路结构固定下来，用户使用不得更改其存储内容，所以又称固定存储器。
可编程 ROM（ PROM）,PROM存储的数据是由用户按自己的需求写入的，但只能写一次，一经写入就不能更改。
可改写 ROM（ EPROM,E2PROM,Flash Memory）,这类
ROM由用户写入数据（程序），当需要变动时还可以修改，使用较灵活。
型 号 类型说明
6116,6164,6264 RAM
2716,2732,2764,27128,27246,27512
2864
29BV010,29BV020,29BV040
24C00,24C01,24AA01,24LC21
24LC21A,24LC41A,24LCS61
37LV65,37LV36,37LV128
EPROM
E2PROM
Flash memory
I2C EPROM
串行 EPROM
附表：常用集成存储器
1,掩膜 ROM
又称固定 ROM，生产厂利用掩膜技术把信息写入存储器中。按使用的器件可分为二极管 ROM、双极型三极管 ROM和 MOS管 ROM三种类型。在这里主要介绍二极管掩膜 ROM。
图7.
9
二极管ROM
的结构图
（ 1） ROM电路的结构
◆ 存储矩阵存储单元可以用二极管、双极型三极管或
MOS管构成。
◆ 地址译码器
◆ 输出缓冲器输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线连接。
二极管R
OM
的结构图
（ 2） ROM电路的工作原理
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
A1 A0 W0 W1 W2 W3
0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 1 0 0 0 1
0
1
0
1
0
01
1
0
1
1
2,可编程 PROM
可编程 PROM在封装出厂前，存储单元中的内容全为,1”（或全为,0”），用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为,0”（或,1”）。图 7.10是 PROM的一种存储单元,它由三极管和熔丝组成,在存储矩阵的所有存储单元都是这种结构。出厂前，所有存储单元的熔丝都是通的，存储内容全为,1”。
用户在使用前进行一次性编程，例如，若想使某单元的存储内容为,0”，只需选中该单元后，
再在 VCC端加上电脉冲，使熔丝通过足够大的电流，把熔丝烧断即可。熔丝一旦烧断将无法接上，也就是一旦写成,0”后就无法再重写成
,1”了。因此 PROM只能编程一次,使用起来很不方便。可改写 ROM（ EPROM）则克服了这一缺点。
图 7.10
3,紫外线可擦除 EPROM
EPROM的另外一种广泛使用的存储器。 EPROM可以根据用户要求写入信息，从而长期使用。当不需要原有信息时，也可以擦除后重写。若要擦去所写入的内容，可用 EPROM擦除器产生的强紫外线，对 EPROM照射 20
分钟左右，使全部存储单元恢复,1”，以便用户重新编写。
常用的 EPROM2716,2732,…27512,即标号为 27×××× 的芯片都是
EPROM。实训中使用的 2764就属于这一类型。
4,E2PROM
E2PROM是近年来被广泛重视的一种只读存储器，它称为电擦除可编程只读存储器，又可写为 EEPROM。其主要特点是能在应用系统中进行在线改写，并能在断电的情况下保存数据而不需保护电源。特别是最近的 +5V电擦除 E2PROM，通常不需单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除，使用非常方便。 28×××× 系列的芯片都是 E2PROM。
存储器的应用一、二
1.存储数据、程序 2.实现逻辑函数例 7.4 试用 ROM实现下列各函数：
ABCCBACBACBAY1
CABCY2
A B C DDCABDCBADBCACDBADCBAY3
B C DA C DA B DA B CY4
作 业
7.3
P147
7.2
(Memory)
存储器是大多数数字系统和计算机中不可缺少的部分，本章首先通过实训使读者了解电可编程只读存储器 EPROM的使用方法，然后详细介绍
RAM和 ROM的种类及工作原理，最后介绍几种常用的集成存储器芯片以及存储器的具体应用。
● 实训电路图
1 1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 0 0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
11
0
按照内部信息的存取方式，存储器通常可以分为 RAM和 ROM；
◆ 存储器的种类
(存储矩阵,地址译码、片选和读写 )
32行 × 32列矩阵存储器容量：
256× 4
（字数） × （位数）
存储器单元选择：
32根行线,8根列线
1） 存储矩阵
▲ 因此，该 RAM存储矩阵共需要 32根行选择线 X0~X31和 8根列选择线 Y0~Y7。
随机存取存储器 RAM
1,RAM结构
RAM,Random Access Memory 随机存取存储器
ROM,Read Only Memory 只读存储器
A7~A0=00011111时，选中哪个单元?
▲ 因此，该 RAM存储矩阵共需要 5+3根地址线 A7~A0即可全部寻址。
2）地址译码译码器 ……
25=32
A0
A1
A2
A3
A4
译码器
A5 A6 A7
23=8
1
1
1
1
1
0 0 0
字线位线
[31,0]
3）读 /写与片选控制
CS
W
CS
CS
CS
R
WR/
=1时：所有的 I/O 端均被禁止，不能进行读或写操作。
=0时：相应片存储器被选中，可进行读或写操作。
CS
CS
R/ =1，执行读操作，将存储单元中的数据送到输出端；W
R/ =0，执行写操作，将 I/O端数据写入存储单元中。W
当片选信号 =1时,三态门 G1,G2,G3均为高阻态,此片未选中,不能进行读或写操作 。 当片选信号 =0时,芯片被选中 。 若 R/ =1,则 G3
导通,G1,G2高阻态截止 。 此时 若 输 入 地 址 A7 ～ A0 为
00011111,于是位于 [31,0]的存储单元所存储的信息送出到片选与读写控制电路
I/O端,存储器执行的是读操作；若 R/ =0,则 G1,G2导通,G3高阻态截止,
I/O端的数据以互补的形式出现在数据线 D,上,并被存入 [31,0]存储单元,
存储器执行的是写操作 。
CS
CS
W
W
D
随机存取存储器 RAM
用于存放二进制信息（数据和运算的中间结果等）。
它可以在任意时刻，对任意选中的存储单元进行信息的存入（写）或取出
（读）的信息操作，因此称为随机存取存储器。其结构示意图如图 7.2所示。
◆ RAM的结构随机存取存储器一般由存储矩阵、地址译码器、片选控制和读 /写控制电路等组成，参见图 7.2。
RAM结构示意图
D0 D1 D2 D3
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A8
R/W CS
256× 4 RAM
2,RAM的存储单元
RAM的核心元件是存储矩阵中的存储单元，按工作原理分,RAM的存储单元可分为,
1,静态存储单元 (SRAM)
SRAM是利用 双稳态触发器 来保存信息的，只要不断电，信息是不会丢失的，所以谓之静态；
DRAM利用 MOS （金属氧化物半导体）电容 存储电荷来储存信息，电容是会漏电的，所以必须通过不停的给电容充电来维持信息，这个充电的过程叫再生或刷新（ REFRESH）。由于电容的充放电是需要相对较长的时间的,DRAM的速度要慢于 SRAM。但 SRAM免刷新的优点需要较复杂的电路支持，如一个典型的 SRAM的存储单元需要六个晶体管（三极管）构成，而 DRAM的一个存储单元最初需要三个晶体管和一个电容，后来经过改进，就只需要一个晶体管和一个电容了。由此可见,DRAM的成本、集成度、功耗等明显优于 SRAM。
2,动态存储单元 DRAM
3,RAM的扩展 ( RAM的扩展分为 位扩展 和 字扩展 两种 )
1,位扩展例 7.1 试用 1024× 1RAM扩展成 1024× 8存储器。
解：扩展为 1024× 8存储器需要
1024× 1RAM的片数为,
N=总存储容量 ÷ 片存储容量 = =8(片 )
11024
81024
◆ 各片地址线的寻址范围相同,00 0000 0000 ~ 11 1111 1111 (000H~3FFH)
2,字扩展字数若增加，地址线需要做相应的增加，下面举例说明。
例 7.2 试用 256× 4RAM扩展成 1024× 4存储器。
解,需用的 256× 4RAM芯片数为：
N=总存储容量 /一片存储容量 =
4256
41024
=4（片）
用 256× 4RAM组成 1024× 4存储器
◆ 地址线的根数：本例为字扩展，扩展后为 1024条字线
（ 210），寻址 1K时的地址线需为十条。增加的地址线经过译码后接到各片的片选端各片地址范围的确定
◆ 片 1寻址范围,00 0000 0000B ~ 00 1111 1111B (000H~0FFH)
◆ 片 2寻址范围,01 0000 0000B ~ 01 1111 1111B (100H~1FFH)
◆ 片 3寻址范围,10 0000 0000B ~ 10 1111 1111B (100H~1FFH)
◆ 片 4寻址范围,11 0000 0000B ~ 11 1111 1111B (100H~1FFH)
3,字位同时扩展例 7.3 试把 64× 2RAM扩展为 256× 4存储器解 256× 4RAM需 64× 2RAM的芯片数为,
N=总存储容量 /一片存储容量 =
264
4256
=8（片）
先位扩展,
64× 2RAM?64× 4RAM，需两片 64× 2RAM组成 64× 4RAM；
再字扩展,
64× 4RAM?256× 4RAM，需 4片 64× 4RAM组成 256× 4RAM；
字数由 64扩展为 256，地址线由原来的 6条 A5～ A0扩展为 8条 A7～ A0。
各片地址范围的确定
◆ 地址线的根数：本例为字位扩展，由 256条字线（ 28）应需 8
根地址线。
◆ 各片地址线的寻址范围：
片 1,地址线 寻址范围,0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH
片 2,地址线 寻址范围,0000 0000 ~ 0011 1111 → 00H ~ 3FH
（片 1,2的数据线不同，片 1为 I/O1和 I/O2,片 2为 I/O3和 I/O4）
片 3,地址线 寻址范围,0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH
片 4,地址线 寻址范围,0100 0000B ~ 0111 1111B → 40H ~ 7FH
（片 3,4的数据线不同，片 3为 I/O1和 I/O2,片 4为 I/O3和 I/O4）
● 把 256× 2RAM扩展成 512× 4的 RAM，画出电路图并说明各片的地址范围。
本题属于字位扩展,512× 4的 RAM需 4片 256× 2RAM。解：
各片的地址范围为片 1 0 0000 0000-0 1111 1111 写成十六进制 000-0FFH
片 2 0 0000 0000-0 1111 1111B → 000 -0FFH
片 3 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100 -1FFH
片 4 1 0000 0000-1 1111 1111B → 100 -1FFH
只读存储器 ROM (Read Only Memory )
掩膜 ROM,这种 ROM在制造时就把需要存储的信息用电路结构固定下来，用户使用不得更改其存储内容，所以又称固定存储器。
可编程 ROM（ PROM）,PROM存储的数据是由用户按自己的需求写入的，但只能写一次，一经写入就不能更改。
可改写 ROM（ EPROM,E2PROM,Flash Memory）,这类
ROM由用户写入数据（程序），当需要变动时还可以修改，使用较灵活。
型 号 类型说明
6116,6164,6264 RAM
2716,2732,2764,27128,27246,27512
2864
29BV010,29BV020,29BV040
24C00,24C01,24AA01,24LC21
24LC21A,24LC41A,24LCS61
37LV65,37LV36,37LV128
EPROM
E2PROM
Flash memory
I2C EPROM
串行 EPROM
附表：常用集成存储器
1,掩膜 ROM
又称固定 ROM，生产厂利用掩膜技术把信息写入存储器中。按使用的器件可分为二极管 ROM、双极型三极管 ROM和 MOS管 ROM三种类型。在这里主要介绍二极管掩膜 ROM。
图7.
9
二极管ROM
的结构图
（ 1） ROM电路的结构
◆ 存储矩阵存储单元可以用二极管、双极型三极管或
MOS管构成。
◆ 地址译码器
◆ 输出缓冲器输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线连接。
二极管R
OM
的结构图
（ 2） ROM电路的工作原理
A1 A0 D3 D2 D1 D0
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 0
1 1 1 1 1 0
A1 A0 W0 W1 W2 W3
0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 1 0 0 0 1
0
1
0
1
0
01
1
0
1
1
2,可编程 PROM
可编程 PROM在封装出厂前，存储单元中的内容全为,1”（或全为,0”），用户可根据需要进行一次性编程处理，将某些单元的内容改为,0”（或,1”）。图 7.10是 PROM的一种存储单元,它由三极管和熔丝组成,在存储矩阵的所有存储单元都是这种结构。出厂前，所有存储单元的熔丝都是通的，存储内容全为,1”。
用户在使用前进行一次性编程，例如，若想使某单元的存储内容为,0”，只需选中该单元后，
再在 VCC端加上电脉冲，使熔丝通过足够大的电流，把熔丝烧断即可。熔丝一旦烧断将无法接上，也就是一旦写成,0”后就无法再重写成
,1”了。因此 PROM只能编程一次,使用起来很不方便。可改写 ROM（ EPROM）则克服了这一缺点。
图 7.10
3,紫外线可擦除 EPROM
EPROM的另外一种广泛使用的存储器。 EPROM可以根据用户要求写入信息，从而长期使用。当不需要原有信息时，也可以擦除后重写。若要擦去所写入的内容，可用 EPROM擦除器产生的强紫外线，对 EPROM照射 20
分钟左右，使全部存储单元恢复,1”，以便用户重新编写。
常用的 EPROM2716,2732,…27512,即标号为 27×××× 的芯片都是
EPROM。实训中使用的 2764就属于这一类型。
4,E2PROM
E2PROM是近年来被广泛重视的一种只读存储器，它称为电擦除可编程只读存储器，又可写为 EEPROM。其主要特点是能在应用系统中进行在线改写，并能在断电的情况下保存数据而不需保护电源。特别是最近的 +5V电擦除 E2PROM，通常不需单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除，使用非常方便。 28×××× 系列的芯片都是 E2PROM。
存储器的应用一、二
1.存储数据、程序 2.实现逻辑函数例 7.4 试用 ROM实现下列各函数：
ABCCBACBACBAY1
CABCY2
A B C DDCABDCBADBCACDBADCBAY3
B C DA C DA B DA B CY4
作 业
7.3
P147
7.2
