主存储器通常分为RAM和ROM两大部分。RAM可读可写,ROM只能读不能写。
# 5.3.1 RAM记忆单元电路
存放一个二进制位的物理器件称为记忆单元,它是存储器的最基本构件,地址码相同的多个记忆单元构成一个存储单元。
记忆单元可以由各种材料制成,但最常见的由MOS电路组成。MOS型存储器根据记忆单元的结构又可分为静态RAM和动态RAM两种。
静态RAM,即SRAM(Static RAM),其存储电路以双稳态触发器为基础;
动态RAM,即DRAM(Dynamic RAM),其存储电路以电容为基础。
六管静态MOS记忆单元电路
四管动态MOS记忆单元电路
单管动态记忆单元电路
# 5.3.2 动态RAM的刷新
1.刷新间隔
为了维持MOS型动态记忆单元的存储信息,每隔一定时间必须对存储体中的所有记忆单元的栅极电容补充电荷,这个过程就是刷新。
一般选定MOS型动态存储器允许的最大刷新间隔为2ms,也就是说,应在2ms内,将全部存储体刷新一遍。
刷新和重写(再生)是两个完全不同的概念,切不可加以混淆。重写是随机的,某个存储单元只有在破坏性读出之后才需要重写。而刷新是定时的,即使许多记忆单元长期未被访问,若不及时补充电荷的话,信息也会丢失。重写一般是按存储单元进行的,而刷新通常以存储体矩阵中的一行为单位进行的。
2.刷新方式
- 集中式
- 分散式
- 异步式
(1) 集中刷新方式
- 在允许的最大刷新间隔内,按照存储芯片容量的大小集中安排若干个刷新周期,刷新时停止读写操作。
- 刷新时间=存储体矩阵行数×刷新周期
- 集中刷新方式的优点是读/写操作时不受刷新工作的影响,因此系统的存取速度比较高。缺点是在集中刷新期间必须停止读/写,这一段时间称为“死区”,而且存储容量越大,死区就越长。
(2) 分散刷新方式
- 分散刷新是指把刷新操作分散到每个存取周期内进行,此时系统的存取周期被分为两部分,前一部分时间进行读/写操作或保持,后一部分时间进行刷新操作。一个系统存取周期内刷新存储矩阵中的一行。
(3) 异步刷新方式
- 异步刷新方式可以看成前述两种方式的结合,它充分利用了最大刷新间隔时间,把刷新操作平均分配到整个最大刷新间隔时间内进行,故有: 相邻两行的刷新间隔=最大刷新间隔时间/行数。
对于32×32矩阵,在2ms内需要将32行刷新一遍,所以相邻两行的刷新时间间隔=2ms/32=62.5us,即每隔62.5us安排一个刷新周期,在刷新时封锁读/写。
3.刷新控制
MOS型动态RAM的刷新要注意几个问题:
- ① 刷新对CPU是透明的。
- ② 刷新通常是一行一行地进行的。
- ③ 刷新操作类似于读出操作。
- ④ 所有芯片同时被刷新。
# 5.3.3 RAM芯片分析
1.RAM芯片
- 存储芯片通过地址线(AB)、数据线(DB)和控制线(CB)不外部连接。
- 地址线(AB)是单向输入的,其数目与芯片容量有关。如容量为1024×4 时,地址线有10根;容量为64K×1时,地址线有16根。
- 数据线(DB)是双向的,既可输入,也可输出,其数目与数据位数有关。 如1024×4的芯片,数据线有4根;64K×1的芯片,数据线只有1根
- 控制线(CB)主要有读/写控制线(戒写允许线)和片选线两种,读/写控制线是用来决定芯片是进行读操作还是写操作的,片选线是用来决定该芯片是否被选中的。
由于DRAM芯片采用了地址复用技术,因此,DRAM芯片每增加一条地址线,实际上是增加了两位地址,也即增加了4倍的容量。
2.地址译码方式
地址译码电路能把地址线送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信号。
(1)单译码方式
(2)双译码方式
3.RAM的读/写时序
(1) SRAM读/写时序
(2) DRAM读/写时序
# 5.3.4 只读存储器(ROM)
1.ROM的类型
(1) 掩膜式ROM(MROM)
(2) 一次可编程ROM(PROM)
(3) 可擦除可编程ROM(EPROM)
- UVEPROM(紫外线擦除)
- EEPROM(电擦除)
(4) 闪速存储器(flash memory)
2.ROM芯片
- 地址线
- 数据线
- 片选线
- Vcc── +5V(工作电源)
- Vpp── 编程电源。