半导体存储器汇总.docx
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半导体存储器汇总
第10章半导体存储器
10.1学习要求
1）理解只读存储器的基本工作原理。
2）掌握用只读存储器进行逻辑设计的方法。
3）了解随机存取存储器的基本工作原理。
4）了解扩展存储器容量的方法。
10.2学习指导
本章重点：
（1）只读存储器的工作原理。
（2）利用只读存储器进行逻辑设计。
本章难点：
（1）只读存储器的工作原理。
（2）利用只读存储器进行逻辑设计。
本章考点：
（1）利用只读存储器实现各种组合逻辑函数。
（2）利用只读存储器实现给定功能的逻辑电路。
（3）与、或阵列图的意义和用法。
10.2.1只读存储器（ROM）
的特点
1位M为字
1．ROM的结构
ROM由地址译码器、存储矩阵和读出电路组成，如图10.1所示。
ROM是存入的内容固定不变，工作时只能读出（取出），不能存入（写入），且在断电后存入的信息仍能保持，常用于存放固定的信息。
存储矩阵是存储器的主体，由大量的存储单元组成。
一个存储单元只能存储二进制数码1或0。
通常数据和指令用M位的二进制数表示，称为一个字，
长。
M个存储单元为一组，存储一个字，称为字单元。
每个字单元有一个地址，按地
246
电子技术学习指导与习题解答
址来选择所需要的字。
图10.1中W0、W1、⋯、WN1称为字单元的地址选择线，简称字线；D0、D1、⋯、DM1称为输出信息的数据线，简称位线。
存储矩阵有N条字线
和M条位线，NM表示存储器的存储容量，这是存储器的主要技术指标之一。
地址译码器的作用是根据输入的地址代码An1A1A0，从N（N2n）条字线中选
择一条字线，以确定与地址代码相对应的字单元的位置。
至于选择哪—条字线，则决定于输入的是哪一个地址代码。
任何时刻，只能有一条字线被选中。
被选中的那条字线所对应的字单元中的各位数码便经M条位线传送到数据输出端。
数据输出
图10.1ROM的结构示意图
2．ROM的工作原理
如图10.2所示是一个由二极管构成的容量为44的ROM。
247
第10章半导体存储器
地址译码器部分是由二极管（也可用三极管或场效应管）构成的与门阵列，称为与阵列，每条字线上的各二极管构成一个与门。
存储矩阵部分是由二极管（也可用三极管或场效应管）构成的或门阵列，称为或阵列，每条位线上的各二极管构成一个或门，每个存储单元用一个二极管将字线和位线的交叉点连接起来，存放一位二进制数1，交叉点上没有二极管的则为0。
为简化电路图，如图10.2所示的ROM可以画成如图10.3所示的阵列图。
在阵列图中，每个交叉点表示一个存储单元。
有二极管的存储单元用一黑点表示，意味着存储的数据是1；没有二极管的存储单元不用黑点表示，意味着存储的数据是0。
3．ROM的应用
ROM的应用十分广泛，如用于实现组合逻辑函数、进行波形变换、构成字符发生器以及存储计算机的数据和程序等。
用ROM实现组合逻辑函数可按以下步骤进行：
（1）列出函数的真值表。
（2）选择合适的ROM，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。
用ROM来实现组合逻辑函数的本质就是将待实现函数的真值表存入ROM中，即将输入变量的值对应存入ROM的地址译码器（与阵列）中，将输出函数的值对应存入ROM的存储单元（或阵列）中。
电路工作时，根据输入信号（即ROM的地址信号）从ROM中将所存函数值再读出来，这种方法称为查表法。
10.2.2随机存取存储器（RAM）
RAM的特点是可以在任意时刻对任意选中的存储单元进行信息的存入或读出操作，读写方便，使用灵活，但一旦停电，所存内容便全部丢失。
RAM由存储矩阵、地址译码器、读/写控制电路、输入/输出电路和片选控制电路等组成，其结构示意图如图10.4所示。
存储矩阵的结构与ROM相似，但交叉点上的元件不是简单的二极管或三极管，而是具有记忆功能的触发器或存储电荷功能的MOS管栅极电容，且每个交叉点上都有存储元件。
由于存储元件不同，RAM可分成静态RAM和动态RAM两种。
静态RAM采用触发器存储信息，信息存入后只要不断电可一直保留。
动态RAM采用电
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电子技术学习指导与习题解答
RAM集成度低，使用方
容存储信息，由于漏电，信息易丢失，必须定期刷新。
静态
便，用于小容量器件。
动态RAM集成度高，功耗低，使用复杂，用于大容量器件。
地址译码器与ROM一样，也是二进制译码器。
访问RAM时，对被选中的地址单元，究竟是读还是写，由读/写控制线控制。
RAM通过输入/输出端与计算机的中央处理器（CPU）交换信息，读时作为输出
端，写时作为输入端，一线二用。
片选信号线用来扩展RAM的容量。
在由若干片RAM组成的存储系统中，片选信号线上加入有效电平的芯片被选中，可以进行读/写操作，其他芯片则不工作。
10.3习题解答
10.1某计算机的内存储器有32条地址线和16条数据线，该存储器的存储容量是多少？
分析存储器的存储容量等于字线数N与位线（数据线）数M的乘积，而字线数N与地址线数n的关系为N2n。
解因为该存储器有n32条地址线，所以其字线数N为：
N2324（GB）存储容量为4GB×16位。
10.2指出下列容量的半导体存储器的字数、具有的数据线数和地址线数。
（1）5128位。
（2）1kB4位。
（3）64kB1位。
（4）256kB4位。
解
（1）5128位存储器的字数为512B，数据线数为8，因为29512，所以
地址线数为9。
（2）1kB4位存储器的字数为1kB，数据线数为4，因为21010241kB，所以地址线数为10。
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第10章半导体存储器
（3）64kB1位存储器的字数为64kB，数据线数为1，因为21664kB，所以地
址线数为16。
（4）256kB4位存储器的字数为256kB，数据线数为4，因为218256kB，所
以地址线数为18。
10.3用ROM是否可以实现任何组合逻辑函数？
为什么？
如果某组合逻辑系统有
6个输入变量，6个输出变量，用ROM来实现该系统，需要的存储器容量为多少？
解用ROM可以实现任何组合逻辑函数。
这是因为任何组合逻辑函数都可以写成输入变量的与或形式，从而可用与门和或门组成的两级组合逻辑电路实现，而ROM中的地址译码器实现了对输入变量的与运算，存储矩阵实现了有关字线变量的或运算，因此，ROM实际上是由与门和或门构成的两级组合逻辑电路，所以，原则上讲，利用ROM可以实现任何组合逻辑函数。
有6个输入变量6个输出变量的组合逻辑系统，用ROM来实现时，需要的存储器容量为266646位。
10.4
已知ROM如图10.5所示，试列表说明该ROM存储的内容，并写出所实现的逻辑函数表达式。
D3D2D1D0
图10.5习题10.4的图
分析本题给出了一个4×4位的ROM，可存储4个4位的二进制代码，并用来
实现4个逻辑函数。
地址译码器的特点是：
当输入地址码A1、A0无论取00、01、
10、11这4种组合中的任何一组值时，4条字线W0、W1、W2、W3中只能有一条是高
电平，可根据这一特点来分析ROM的存储内容。
解根据地址译码器的输出：
W0A1A0，W1A1A0，W2A1A0，W3A1A0，当
输入地址码A1A000时，字线W0被选中（W01，W1W2W30），在W0这行上4个交叉点处均有黑点（存1），所以，此时ROM存储内容（输出数据）为D3D2D1D01111。
同理，可分析出其他输入地址码时的存储内容，如表10.1所示。
表10.1习题10.4解答用表
地址代码
字线译码结果
存储内容
A1A0
W3W2W1W0
D3D2D1D0
00
0001
1111
01
0010
0001
250
电子技术学习指导与习题解答
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
由表10.1可得存储矩阵的输出即所实现的逻辑函数表达式为：
D3W0W3A1A0A1A0
D2W0W2W3A1A0A1A0A1A0A1A0
D1W0W2A1A0A1A0A0
D0W0W1W3A1A0A1A0A1A0A1A0
10.5二极管存储矩阵如图10.6所示，字线低电平有效。
试画出其简化阵列图，并列表说明其存储的内容。
分析分析存储矩阵的存储内容有两种方法。
一种是依次令各条字线为有效电平，分析有效电平字线上各二极管（三极管或场效应管）的工作情况，从而可得出各条位线的输出数据。
另一种是先写出存储矩阵输出的逻辑表达式，然后根据逻辑表达式分析存储矩阵的存储内容。
解交叉点处接有二极管的存储单元用黑点表示，没有接二极管的存储单元不用黑点表示，据此可画出如图10.6所示存储矩阵的简化阵列图，如图10.7所示。
令字线W0为有效电平，即W00，W1W2W31，则字线W0被选中，在该字线上二极管导通，使相应的位线D2和D0输出为0，没有二极管的位线D3和D1输出为
1，故W00时存储器的存储内容为D3D2D1D01010。
同理，可分析出其他字线为有
效电平时的存储内容，如表10.2所示。
仔细观察位线D3，该条位线与字线W1和W2的交叉点处接有二极管，并且只有当W1和W2均为1时D3才为1，其他情况下D3均为0，所以，D3与W1和W2之间的关系为与逻辑关系，即D3W1W2。
同理，可写出其他各条位线的逻辑表达式分别为：
D2W0W2W3，D1W1W3，D0W0W2。
由于4条字线W0、W1、W2和W3在任一时刻
251
第10章半导体存储器
只有一条为有效电平（低电平0），所以，由以上逻辑表达式即可列出如图10.6所示存储矩阵的存储内容，如表10.2所示。
表10.2习题
10.5解答用表
字线
存储内容
W3W2W1W0
D3D2D1D0
1110
1010
1101
0101
1011
0010
0111
1001
对照图10.6和表10.2可知，该存储矩阵中接有二极管的存储单元存入的是0，没
有接二极管的存储单元存入的是1，所以输出为低电平有效，实际输出应将其反相，
即通过非门再输出，这样才能反映实际存储内容。
10.6试画出如图10.8所示场效应管存储矩阵的简化阵列图，并列表说明其存储的内容。
解交叉点处接有场效应管的存储单元用黑点表示，没有接场效应管的存储单元不用黑点表示，据此可画出如图10.8所示存储矩阵的简化阵列图，如图10.9所示。
W01，W1W2W30，则字线W0被选中，在该字
线上场效应管导通，使相应的位线D3和D0输出为1，没有场效应管的位线D2和D1
输出为0，故W01时存储器的存储内容为D3D2D1D01001。
同理，可分析出其他字线为有效电平时的存储内容，如表10.3所示。
252
电子技术学习指导与习题解答
仔细观察位线D3，该条位线与字线W0和W3的交叉点处接有场效应管，并且只
有当W0和W3均为0时D3才为0，其他情况下D3均为1，所以，D3与W0和W3之间的关系为或逻辑关系，即D3W0W3。
同理，可写出其他各条位线的逻辑表达式分
别为：
D2W1W2，D1W1W2W3，D0W0W1W3。
由于4条字线W0、W1、W2和W3在任一时刻只有一条为有效电平（高电平1），所以，由以上逻辑表达式即
可列出如图10.8所示存储矩阵的存储内容，如表10.3所示。
表10.3习题10.6解答用表
字线
存储内容
W3W2W1W0
D3D2D1D0
0001
1001
0010
0111
0100
0110
1000
1011
10.7有一ROM的存储内容如表10.4所示。
（1）该ROM的存储容量是多少？
（2）画出该ROM的阵列图。
（3）写出该ROM所实现的逻辑函数的表达式，并化简之。
表10.4习题10.7的表
地址代码
字线译码结果
存储内容
A1
A0
W3
W2
W1W0
D3
D2D1
D0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
01
1
0
0
1
0
0
1
1
10
1
1
1
0
0
0
1
1
01
分析在阵列图中，每个交叉点表示一个存储单元。
存储数据1的存储单元用黑点表示，存储数据0的存储单元不用黑点表示。
解
（1）根据表10.4可知该ROM有4条字线和4条位线，所以其存储容量为4×4位。
（2）根据表10.4所示的存储内容可画出该ROM的阵列图，如图10.10所示。
地址译码器
W0=A1A0
W1=A1A0
W2=A1A0
W3=A1A0
D3D2D1D0
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第10章半导体存储器
图10.10习题10.7解答用图
（3）根据表10.4可写出该ROM所实现的逻辑函数的表达式为：
D3W0W2W3A1A0A1A0A1A0A1A0
D2W1W2W3A1A0A1A0A1A0A1A0
D1W0W2A1A0A1A0A0
D0W1W3A1A0A1A0A0
10.8有一ROM的存储内容如表10.5所示。
（1）该ROM的存储容量是多少？
（2）画出该ROM的阵列图。
（3）写出该ROM所实现的逻辑函数的表达式，并化简之。
表10.5习题10.8的表
地址代码
字线译码结果
存储内容
A2
A1
A0
W7
W6
W5
W4
W3
W2W1W0
D3
D2
D1D0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
00
0
00
1
1
0
1
解
（1）根据表10.5可知该ROM有8条字线和4条位线，所以其存储容量为
8×4位。
（2）根据表10.5所示的存储内容可画出该ROM的阵列图，如图10.11所示。
W0=ABC
W1=ABC
W2=ABC
W3=ABC
W4=ABC
W5=ABC
W6=ABC
W7=ABC
译
地址
码器
Y1Y2Y3Y4
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电子技术学习指导与习题解答
图10.11习题10.8解答用图
（3）根据表10.5可写出该ROM所实现的逻辑函数的表达式为：
D3W3W6W7A2A1A0A2A1A0A2A1A0A1A0A2A1
D2W2W3W5W7A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A2A0
D1W0W2W4A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A0A1A0
D0W1W3W4W6W7A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A0A2A1A0
A2A0A2A0A2A1
10.9试用ROM产生下列一组逻辑函数，画出ROM的阵列图，并列表说明ROM存储的内容。
Y1ABCABCABCABC
Y2ABABAB
Y3ABCABCABCY4ABABCABCABC
分析用ROM实现组合逻辑函数，首先列出函数的真值表，然后选择合适的ROM，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。
解
（1）列出函数的真值表。
按A、B、C排列变量，列出上列4个函数的真值
表，如表10.6所示。
表10.6习题10.9解答用表
A
B
C
被选中的字线
Y1
Y2
Y3
Y4
0
0
0
W0ABC1
0
1
0
0
0
0
1
W1ABC1
0
1
1
0
0
1
0
W2ABC1
0
1
0
0
0
1
1
W3ABC1
1
1
0
1
1
0
0
W4ABC1
0
0
1
1
1
0
1
W5ABC1
1
0
0
1
1
1
0
W6ABC1
1
1
1
1
1
1
1
W7ABC1
1
1
0
1
（2）选择合适的ROM，对照真值表画出逻辑函数的阵列图。
用ROM来实现这
4个逻辑函数时，只要将3个变量A、B、C作为ROM的输入地址代码，而将4个逻辑函数Y1、Y2、Y3、Y4作为ROM中存储单元存放的数据即可。
显然，该ROM需要8条字线W0～W7和4条位线Y1～Y4，其存储容量为8×4位。
在位线Y1与字线W3、W5、W6、W7交叉点打上黑点（存1）。
同样，在位线Y2与字线W0、W1、W2、W3、W6、W7交叉点也打上黑点，在位线Y3与字线W1、W4、W6交叉点也打上
黑点，在位线Y4与字线W3、W4、W5、W6、W7交叉点也打上黑点，即得到由ROM
255
第10章半导体存储器
来实现这4个逻辑函数的阵列图，如图10.12所示。
A
地
址
B
译
码
器
C
W0=ABC
W1=ABC
W2=ABC
W3=ABC
W4=ABC
W5=ABC
W6=ABC
W7=ABC
Y1Y2Y3Y4
图10.12习题10.9解答用图
10.10试用ROM构成8421码到共阴极7段数码管的译码电路，画出ROM的
阵列图。
解
（1）列出译码器的真值表。
按
A3、A2、A1、A0排列变量，列出
8421码到
共阴极
7段显示译码器的真值表，如表
10.7所示。
表10.7
习题10.10解答用表
输
入
输
出
显示字形
A3
A2
A1A0
a
b
c
d
e
fg
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
01
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
11
（2）选择合适的ROM，对照真值表画出译码器的阵列图。
用ROM来实现该译码器时，只要将4个变量A3、A2、A1、A0作为ROM的输入地址代码，而将7个逻辑函数a～g作为ROM中存储单元存放的数据即可。
显然，该ROM需要10条字线W0（W0A3A2A1A00000）～W9（W0A3A2A1A01001）和7条位线a～g，其存储容量为10×7位。
将存储数据1的存储单元用黑点表示，存储数据0的存储单元
不用黑点表示，即得到由ROM来实现8421码到共阴极7段显示译码器的阵列图，
如图10.13所示。
256
电子技术学习指导与习题解答
A3
0000
0001
地址
0010
A2
0011
0100
译
0101
A1
码
0110
器
0111
1000
A0
1001
abcdefg
图10.13
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