一、ram的一般結(jié)構(gòu)和讀寫過程
1.ram的一般結(jié)構(gòu)它由三部分電路組成：
1)行、列地址譯碼器：它是一個(gè)二進(jìn)制譯碼器，將地址碼翻譯成行列對(duì)應(yīng)的具體地址，然后去選通該地址的存儲(chǔ)單元，對(duì)該單元中的信息進(jìn)行讀出操作或進(jìn)行寫入新的信息操作。
例如：一個(gè)10位的地址碼a4a3a2a1a0=00101，b4b3b2b1b0=00011時(shí)，則將對(duì)應(yīng)于第5行第3列的存儲(chǔ)單元被選中。
2)存儲(chǔ)體：它是存放大量二進(jìn)制信息的“倉(cāng)庫(kù)”，該倉(cāng)庫(kù)由成千上萬個(gè)存儲(chǔ)單元組成。而每個(gè)存儲(chǔ)單元存放著一個(gè)二進(jìn)制字信息，二進(jìn)制字可能是一位的，也可能多位。
存儲(chǔ)體或ram的容量：存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)*每個(gè)存儲(chǔ)單元中數(shù)據(jù)的位數(shù)。
例如，一個(gè)10位地址的ram，共有210個(gè)存儲(chǔ)單元，若每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一位二進(jìn)制信息，則該ram的容量就是210(字)×1(位)=1024字位，通常稱1k字位(容量)。
3)i/o及讀/寫控制電路：該部分電路決定著存儲(chǔ)器是進(jìn)行讀出信息操作還是寫入新信息操作。輸入/輸出緩沖器起數(shù)據(jù)的鎖存作用，通常采用三態(tài)輸出的電路結(jié)構(gòu)。因此，ram可以與其它的外面電路相連接，實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸(即可輸入，也可輸出)，使信息的交換和傳遞十分方便。
2.ram的讀出信息和寫入新信息過程(讀/寫過程)：時(shí)序
訪問某地址單元的地址碼有效，假如你想去訪問的具體地址：如a9～a0=0d3h=0011010011b，片選有效=0，選中該片ram為工作狀態(tài)。讀/寫操作有效：＝1，讀出信息；＝0，寫入信息；
二、ram中的存儲(chǔ)單元
按照數(shù)據(jù)存取的方式不同，ram中的存儲(chǔ)單元分為兩種：靜態(tài)存儲(chǔ)單元—靜態(tài)ram(sram)；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元—?jiǎng)討B(tài)ram(dram)。
1.靜態(tài)存儲(chǔ)單元(sram)：它由電源來維持信息，如觸發(fā)器，寄存器等。
靜態(tài)存儲(chǔ)單元(sram)的典型結(jié)構(gòu)：
t5、t6、t7、t8都是門控管，只要柵極高電平，這些管子就工作在可變電阻區(qū)，當(dāng)作開關(guān)。
其中，存儲(chǔ)單元通過t5、t6和數(shù)據(jù)線(位線)相連；數(shù)據(jù)線又通過t7、t8和再經(jīng)輸入/輸出緩沖電路和輸入/輸出線相連接，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交換。寫入信息的操作過程，在第一次寫入信息之前，存儲(chǔ)單元中的信息是隨機(jī)信息。
假定要寫入信息“1”：
1)地址碼加入，地址有效后，相對(duì)應(yīng)的行選線x和列選線y都為高電平，t5、t6、t7、t8導(dǎo)電；
2)片選信號(hào)有效(低電平)；
3)寫入信號(hào)有效，這時(shí)三態(tài)門g2、g3為工作態(tài)，g1輸出高阻態(tài)，信息“1”經(jīng)g2、t7、t5達(dá)到q端；經(jīng)g3反相后信息“0”經(jīng)t8、t6達(dá)到。t4導(dǎo)電，t3截止，顯然，信息“1”已寫入了存儲(chǔ)單元。
假定要讀出信息“1”：
1)訪問該地址單元的地址碼有效；
2)片選有效=0；
3)讀操作有效r/=1；此時(shí)：三態(tài)門g1工作態(tài)，g2、g3高阻態(tài)，存儲(chǔ)單元中的信息“1”經(jīng)t5、t7、g1三態(tài)門讀出。
除上述nmos結(jié)構(gòu)的靜態(tài)sram以外，還有以下幾種類型的sram。
cmos結(jié)構(gòu)的sram：功耗更加低，存儲(chǔ)容量更加大。
雙極型結(jié)構(gòu)sram：功耗較大，存取速度更加快。
2.動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元(dram)
靜態(tài)存儲(chǔ)單元存在靜態(tài)功耗，集成度做不高，所以，存儲(chǔ)容量也做不大。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元，利用了柵源間的mos電容存儲(chǔ)信息。其靜態(tài)功耗很小，因而存儲(chǔ)容量可以做得很大。靜態(tài)ram功耗大，密度低，動(dòng)態(tài)ram功耗小，密度高。動(dòng)態(tài)ram需要定時(shí)刷新，使用較復(fù)雜。
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元(dram)的典型結(jié)構(gòu)：
門控管t3、t4、t5、t6、t7、t8 ，c1、c2為mos電容。
dram的讀/寫操作過程：
1)訪問該存儲(chǔ)單元的地址有效；2)片選信號(hào)有(未畫)；3)發(fā)出讀出信息或?qū)懭胄滦畔⒌目刂菩盘?hào)。
讀出操作時(shí)，令原信息q=1，c2充有電荷，地址有效后，行、列選取線高電平；加片選信號(hào)后，送讀出信號(hào)r=1，w=0；t4、t6、t8導(dǎo)電，經(jīng)t4、t6、t8讀出。寫入操作時(shí)，假定原信息為“0”，要寫入信息“1”，該存儲(chǔ)單元的地址有效后，x、y為高電平；在片選信號(hào)到達(dá)后，加寫入命令w=1，r=0，即“1。信息經(jīng)t7、t5、t3對(duì)c2充電。充至一定電壓后，t2導(dǎo)電，c1放電，t1截止，所以，q變?yōu)楦唠娖剑?”信息寫入到了該存儲(chǔ)單元中。如果寫入的信息是“0”，則原電容上的電荷不變。
動(dòng)態(tài)ram的刷新：由于dram靠mos電容存儲(chǔ)信息。當(dāng)該信息長(zhǎng)時(shí)間不處理時(shí)，電容上的電荷將會(huì)因漏電等原因而逐漸的損失，從而造成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失。及時(shí)補(bǔ)充電荷是動(dòng)態(tài)ram中一個(gè)十分重要的問題。補(bǔ)充充電的過程稱為“刷新”—refresh,也稱“再生”。
補(bǔ)充充電的過程：加預(yù)充電脈沖、預(yù)充電管t9、t10導(dǎo)電，c01，c02很快充電至vdd，撤消后，c01，c02上的電荷保持。然而進(jìn)行讀出操作：地址有效，行、列選線x、y高電平；r=1，w=0進(jìn)行讀出操作，如果原信息為q=“1”，說明mos電容c2有電荷，c1沒有電荷(即t2導(dǎo)電，t1截止)；這時(shí)c01上的電荷將對(duì)c2補(bǔ)充充電，而c02上的電荷經(jīng)t2導(dǎo)電管放掉，結(jié)果對(duì)c2實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)充充電。讀出的數(shù)據(jù)仍為，，則do=1。
實(shí)際上，在每進(jìn)行一次讀出操作之前，必須對(duì)dram按排一次刷新，即先加一個(gè)預(yù)充電脈沖，然后進(jìn)行讀出操作。同時(shí)在不進(jìn)行任何操作時(shí)，cpu也應(yīng)該每隔一定時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)ram進(jìn)行一次補(bǔ)充充電(一般是2ms時(shí)間)，以彌補(bǔ)電荷損失。
三、靜態(tài)ram的容量擴(kuò)展(sram)
通常微處理器的數(shù)據(jù)總線為8位、16位或32位，而地址總線為16位或24位不等。當(dāng)靜態(tài)ram的地址線和數(shù)據(jù)線不能與微機(jī)相匹配時(shí)，可用地址線擴(kuò)展、數(shù)據(jù)線擴(kuò)展或地址和數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展的方法加以解決。
1.ram容量的擴(kuò)展---位數(shù)擴(kuò)展 數(shù)據(jù)線擴(kuò)展
如sram 2114：10位地址，4位數(shù)據(jù)線，其容量=210×4=1024 ×4=4096字位(4k)。
例：用4k容量的ram2114，實(shí)現(xiàn)一個(gè)容量為1024×8 (≈8k字位)字位容量的ram。
解：1024×8字位容量，其地址仍是十位，故只要進(jìn)行數(shù)據(jù)位擴(kuò)展即可，選用ram2114兩片，將兩片的地址線，讀/寫線及片選線并聯(lián)，兩片的位線分別作為高4位數(shù)據(jù)和低4位數(shù)據(jù)，組成8位的數(shù)據(jù)線即可。擴(kuò)展后的電路如圖所示：
2.sram容量的擴(kuò)展---字位擴(kuò)展，地址擴(kuò)展，數(shù)據(jù)位擴(kuò)展。
例：用ram2114，擴(kuò)展成容量為4096×8字位(32k)的ram。
解：4096需要12位地址，而ram2114只有10位地址，所以需要進(jìn)行地址擴(kuò)展，同時(shí)應(yīng)該將一字 4位，擴(kuò)展成一字8位。字的位擴(kuò)展用前面方法，地址擴(kuò)展用譯碼器完成，用8片ram2114。擴(kuò)展后的電路如圖所示：