原创 『整理』关于随机存取存储器-RAM

摘要：关于RAM的结构与性能

       随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。根据所采用的存储器单元工作原理的不同，又将随机存储器分为SRAM和动态存储器DRAM。DRAM存储单元结构非常简单，他所能达到的集成度远高于SRAM。

一、RAM结构

        RAM主要由存储矩阵，地址译码器和读写控制电路（I/O电路）三部分组成。如下图所示：

1.存储矩阵

        上图中右边灰色框内的每个小方块都代表一个存储单元，可以存储1位的2值代码，存储单元可以是静态的（触发器），也可以是动态的（动态MOS存储单元），因此有静态RAM（SRAM），和动态RAM（DRAM）之分。这些存储单元一般都按阵列的形式排列，形成存储矩阵。上图中的是64行×64列的存储矩阵，存储矩阵内共有4096个存储单元，可以认为他能存4096个字，每字的字长为1位，存储容量为4096×1位，即4K×1位。

2.地址译码器

       要对上述4096个存储单元进行编码，确定地址。11位二进制数恰好可以编出2的11次方，4096个地址码，即A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11=00000000000~11111111111。地址码A11～A0经X地址译码器（行地址译码器）和Y地址译码器（列地址译码器）译码后，就可使相应的行线（X）和列线（Y）为高电平，从而选中该地址的存储单元。很显然，只有行、列均被选中的某个单元存储电路，在其X向选通门与Y向选通门同时被打开时，才能进行读出信息和写入信息的操作。 例如，A11~A0=000000111111，经X地址译码器译码，行线X63为高电平，控制第63行的63个存储单元都与各自的位线相通，同时经过Y地址译码器译码，使列线Y0为高电平，使第一列的位线控制门（T0，T0'）导通。总之经行，列译码，使相应的存储单元（63，0）与D，端接通，所以只对该单元进行读写。

         实际RAM都为大规模集成片，其存储容量都比图中的大，若地址码位数（即地址线条数）为n，则可寻址位数为2的n次方位。图中所示的存储体是容量为4K×1位的存储器，因此，它仅有一个I/O电路。如果要组成字长为4位或8位的存储器，则每次存取时，同时应有4个或8个单元存储电路与外界交换信息，这种存储器中，将列按4位或8位分组，每根列选择线控制一组的列向门同时打开；相应地，I／O电路也应有4个或8个。每一组的同一位，共用一个I/O电路。通常，一个RAM芯片的存储容量是有限的，需要用若干片才能构成一个实用的存储器。这样，地址不同的存储单元，可能处于不同的芯片中，因此，在选择地址时，应先选择其所属的芯片。对于每块芯片，都有一个片选控制端（），只有当片选端加上有效信号时，才能对该芯片进行读或写操作。一般，片选信号由地址码的高位译码产生。

3.片选与读/写控制电路（I/O电路）

         数字系统中的RAM一般有多片组成，而系统每次读写时，只针对其中的一片（或几片）。为此在每片RAM上加有片选端。

当=1时，三态门G1、G2、G3均为高阻态，不能对该片读写，故未选择此片。

当=0时，选中此片。若读/写控制端R/ =1，则G2工作，G1，G2呈高阻态阻断。若按上述给出地址码A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11=00000000000~11111111111，则（63，0）单元的数据即可经位线、T0、G2读出到I/O端，完成读操作；若R/ =0，则G1、G3工作，G2阻断，I/O端的数据经G1、G3、T0、T0'、位线写入（63，0）单元，完成写操作。

        上图中为静态RAM×1结构的原理图，其电气特征是：只有一个DB及其电路。图中地址线与芯片内单元容量一一对应，R/ 为读写控制， 为片选控制。

        下图为静态RAM×2结构的原理图，一条Y地址译码线控制相邻两列列选门控，它有两个DB及其电路。其余同×1结构。×4、×8结构可类推。

二、RAM存储单元

1.MOS静态存储单元

        （利用触发器的记忆功能，存储数字信息）

         静态存储器的基本存储单元电路如图上所示，它是在MOS型双稳态触发器的基础上增添了两个门控管，即六管CMOS静态存储单元。图中T1、T2和T3、T4两个反相交叉反馈，构成基本的R-S双稳态触发器，两个稳定状态分别表示1或者0，例如A点为高电平，B点为低电平，表示存1，相反则表示存0。T5、T6是由行线X控制的门控管，控制触发器与位线的通断。当行选择线X为高电平时，T5、T6管导通，A点和B点分别与内部数据线D和（也称位线）接通。T7、T8也是门控管，控制该存储单元的内部数据线是否与外部数据线接通。当列选择线Y也为高电平时，T7、T8管通，内部数据线与外部数据线接通，表示该单元的数据可以读出，或者把外部数据线上的数据写入到该存储单元。

2.MOS动态存储单元

（1）单管NMOS动态存储单元

单管NMOS动态存储单元如下图，它由一个门控管T和一个存储信息的电容CS组成。

（2）三管NMOS动态存储单元

桑NMOS动态存储单元如下图中虚线框内所示，它只用NMOS管T2的栅电容C来暂存数据。

（3）四管NMOS动态存储单元

三、RAM扩展

RAM扩大存储容量的方法，通常有位扩展和字扩展两种。如下图所示：

四、SRAM与DRAM比较

动态存储单元的结构比静态存储单元简单，可以达到更高的集成度。但DRAM需要不断循环刷新，不如SRAM使用方便，而且存取时间也较长。

未完.......