随机存取存储器（RAM）

随机存取存储器（RAM ，random access memory）简称读/写存储器。与只读存储器ROM相比，RAM最大优点就是读或写非常方便，能随时读出RAM中所存的内容，又能随时将新的内容写入RAM中。

1. 随机存取存储器（RAM）的结构

RAM的典型结构如图6-6所示。它由地址译码、存储矩阵和读/写控制三部分组成。

（1）地址译码

其作用与ROM中的地址译码器相同。一般情况下，存储器中的存储单元很多。为了区别不同的存储单元，就给它们各规定一个号码，称地址。每次存取信息，只与一个地址的存储单元打交道（又称“访问”）。地址的选择往往用两套译码电路有一—行译码和列译码器来实现。

（2）存储矩阵

其作用与ROM中的存储矩阵也相同，它是存放信息的主体部分。它可以有很多片（又叫页）、每片（每页）上有很多存储单元。一般用半导体触发器（双集型或MOS触发器）构成。

（3）读/写控制

RAM的读写控制较为复杂，在访问RAM时，首先要选片（选页），在选中页之后，再选地址，对选中的地址根据读/写控制信号决定是否是读（如高电平是读）还是写（如低电平是写）。也有读/写控制用两条线的。

在读时，输入/输出线为输出线，在写时，输入/输出线就为输入线。

2.静态RAM（SRAM）

能存储一位二进制数位的单元电路称为基本存储电路，它是存储器的基本组成。在保证电源的前提下，所存的信息能稳定保持，不需要进行定时“刷新”的基本存储电路称为静态存储电路，由静态存储电路组成的RAM就称为静态RAM。静态基本存储电路有双集型和MOS型两种，两者工作原理基本相同，本节仅以MOS型为例加讨论。

MOS型静态RAM的基本存储电路如图6-7所示，它由图中虚线框内的六个NMOS管组成。T1、T3两个反相器交叉耦合构成一个基本RS触发器，可用于存储一位二进制信息，Q和是触发器的一对互补输出。若Q=1、=0，则表示存储的信息为1，若 Q=0、=1，则表示存储的信息为0。T2、T4分别作为两个反相器的负载管。

T5、T6为行选通管，它们受行选线Xi控制，当Xi=1时，T5、T6导通，触发器中所存储的信息Q和分别送到位线D和。T7、T8为列选通管，它们受列选线Yi控制，当Yi =1时，T7、T8导通，位线D和上的信息分别被送到输出线I/O和,从而使触发器的Q和与外界数据线相通。

读数据操作时，使行选线Xi、Yi列选线 均为1，触发器存储的信息由Q和经D和从I/O和读出。写数据操作时，也先使行选线Xi、列选线Yi均为1，同时将要写入的数据加在I/O和上（要写入1，使I/O =1、=0；要写入0，使 I/O=0、=1），经D和、Q和最终加到T3、T1的栅极上，使触发器发生相应的翻转，从而存入信息。信息一旦写入后，只要不断电，触发器便能保持其不变。

3. 动态RAM（DRAM）

动态RAM的基本存储电路，是利用MOS管栅-源间电容对电荷的暂存效应来实现信息存储的。该电容中存储的电荷，在栅-源间处于高阻抗的情况下，能保持数毫秒至数百毫秒的短暂时间。为避免所存的信息丢失，必须定时给电容补充漏掉的电荷，这一操作称为“刷新”。

常见的MOS动态存储电路有单管电路、三管电路和四管电路等。为提高存储器的集成度，目前大容量的动态RAM大多采用单管MOS动态存储电路。

单管MOS动态存储电路结构如图6-8所示图中的电容Cs用于存储信息,T为门控管。

写入数据时，使字选线为1，门控管T导通。来自数据线D的待写入信息经由位线存入电容Cs。写入1时，位线为1，电容Cs充电；写入0时，位线为0，电容Cs放电。在这里Cs<<Cd。

读出数据时，也使字选线为1，门控管T导通。若电容Cs上有电荷，便会通过位线的分布电容Cd放电，位线上有电流流过，表示读出信息1；若电容Cs上无电荷，位线上便没有电流流过，表示读出信息0。读出信息1后，Cs上的电荷因转移到CD，已无法维持1的状态，即所存信息已被破坏，这种现象称为“破坏性读出”，读出1信息后必须进行“再生”操作。注意，再生与刷新是两个不同的概念，再生是对某一位存储单元读出1后进行的操作，而刷新是对动态RAM中所有存储单元进行的常规定时操作。

动态MOS RAM的优点是单元电路结构简单，单片集成度高，功耗比静态MOS RAM低，速度比静态MOS RAM高，价格更便宜。其缺点是需要刷新和再生操作，另外，由于电容中信号较弱，读出时需经放大器处理。

4.RAM容量的扩展

在一片存储器的容量不够时，可以考虑采用多片存储器来实现其容量的扩充。通常在容量扩充时，应正确解决地址线、数据线和控制线的连接问题。

下面通过一实例来介绍RAM如何实现容量的扩展。

【例2】已知静态存储器SRAM2112的容量为256ⅹ4b，逻辑符号如图6-9所示。试用RAM2112和3-8线译码器74LS138将内存容量扩展为1Kⅹ8b，内存地址范围为000-3FFH，画出相应的接线图。

 解： SRAM2112芯片的内存容量为256ⅹ4b,要组成1Kⅹ8b的容量，需要同时进行字和位的扩展。

位扩展：两片2112可扩展为256ⅹ8b。字扩展：位扩展基础上，要将256个内存单元扩展为1024个内存单元，内存单元的容量扩至原来的4倍，则共需要8片SRAM2112芯片。寻址1024内存单元的地址线需10根，为A9-A0 。

图6-10所示为用8片SRAM2112扩展为1Kⅹ8b的存储器电路。图中，3-8线译码器74LS138的选通端 ，接地,S1接高电平，地址线A2接地，A1，A0分别接A9，A8。当A9A8 分别为00，01，10和11时，其输出,， 和 分别被选通。

8片2112内存单元地址的分配为：

◆ 2112-1，2：000-0FFH；

◆ 2112-3，4：100-1FFH；

◆ 2112-5，6：200-2FFH；

◆ 2112-7，8：300-3FFH。

常用RAM芯片介绍

在单片机系统中，广泛应用的静态RAM芯片有6116和6264两种及动态2186与2187芯片。下面简单介绍其特性及其引脚功能。

1. 静态6116与6264芯片

6116芯片是2K×8位静态RAM，采用CMOS工艺制造，使用单一+5V电源，额定功耗160mW，存取时间约为200ns的24引脚双列直插式封装芯片。其引脚图如图6-11所示。其中，A0~A10为地址线；I/O0~I/O7为双向数据线；是片选线；是写允许线；是读允许线。其操作方式如表6-3所示。

6264芯片也是采用CMOS工艺制造的28引脚双列直插式封装的芯片，使用单一+5V电源，功耗200mW，存取时间约为200ns。其引脚图如图6-12所示。其中A0~A12为13位地址线；I/O0~I/O7为双向数据线；是片选线；是读允许线；写允许线。操作方式如表6-4所示。

2. 动态2186/2187芯片

动态RAM具有成本低、功耗小的优点，适用于大容量数据存储。Inter公司的动态RAM2186/2187把一个完整的动态RAM系统集成到芯片内，因此，既具有静态又具有动态RAM的优点。其引脚图如图6-13所示。

2186/2187芯片内部集成8K×8位动态RAM，使用单一+5V电源，工作电流70mA维持电流20mA，存取时间为250ns。2187与2186不同在于1引脚上，2687的引脚是刷新控制输入REFEN，2186的1引脚是与CPU握手信号RDY。