Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn - Nguyễn Trung Lập

______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 1 
 CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ BÁN DẪN 
– THUẬT NGỮ 
– ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH CỦA BỘ NHỚ 
y Các tác vụ và các nhóm chân của IC nhớ 
y Giao tiếp với CPU 
– CÁC LOẠI BỘ NHỚ BÁN DẪN 
y ROM 
y PLD 
y RAM 
– MỞ RỘNG BỘ NHỚ 
y Mở rộng độ dài từ 
y Mở rộng vị trí nhớ 
y Mở rộng dung lượng nhớ 
_________________________________________________________________________________ 
Tính ưu việt chủ yếu của các hệ thống số so với hệ thống tương tự là khả năng lưu trữ 
một lượng lớn thông tin số và dữ liệu trong những khoảng thời gian nhất định. Khả năng nhớ 
này là điều làm cho hệ thống số trở thành đa năng và có thể thích hợp với nhiều tình huống. 
Thí dụ trong một máy tính số, bộ nhớ trong chứa những lệnh mà theo đó máy tính có thể hoàn 
tất công việc của mình với sự tham gia ít nhất của con người. 
Bộ nhớ bán dẫn được sử dụng làm bộ nhớ chính trong các máy tính nhờ vào khả năng 
thỏa mãn tốc độ truy xuất dữ liệu của bộ xử lý trung tâm (CPU). 
Chúng ta đã quá quen thuộc với Fliflop, một linh kiện điện tử có tính nhớ. Chúng ta 
cũng đã thấy một nhóm các FF họp thành thanh ghi để lưu trữ và dịch chuyển thông tin như 
thế nào. Các FF chính là các phần tử nhớ tốc độ cao được dùng rất nhiều trong việc điều hành 
bên trong máy tính, nơi mà dữ liệu dịch chuyển liên tục từ nơi này đến nơi khác. 
Tiến bộ trong công nghệ chế tạo LSI và VLSI cho phép kết hợp một lượng lớn FF 
trong một chip tạo thành các bộ nhớ với các dạng khác nhau. Những bộ nhớ bán dẫn với công 
nghệ chế tạo transistor lưỡng cực (BJT) và MOS là những bộ nhớ nhanh nhất và giá thành của 
nó liên tục giảm khi các công nghệ LSI và VLSI ngày càng được cải tiến. 
 Dữ liệu số cũng có thể được lưu trữ dưới dạng điện tích của tụ điện, và một loại phần 
tử nhớ bán dẫn rất quan trọng đã dùng nguyên tắc này để lưu trữ dữ liệu với mật độ cao nhưng 
tiêu thụ một nguồn điện năng rất thấp. 
 Bộ nhớ bán dẫn được dùng như là bộ nhớ trong chính của máy tính, nơi mà việc vận 
hành nhanh được xem như ưu tiên hàng đầu và cũng là nơi mà tất cả dữ liệu của chương trình 
lưu chuyển liên tục trong quá trình thực hiện một tác vụ do CPU yêu cầu. 
 Mặc dù bộ nhớ bán dẫn có tốc độ làm việc cao, rất phù hợp cho bộ nhớ trong, nhưng 
giá thành tính trên mỗi bit lưu trữ cao khiến cho nó không thể là loại thiết bị có tính chất lưu 
trữ khối (mass storage), là loại thiết bị có khả năng lưu trữ hàng tỉ bit mà không cần cung cấp 
năng lượng và được dùng như là bộ nhớ ngoài (đĩa từ , băng từ , CD ROM . . .). Tốc độ xử lý 
dữ liệu ở bộ nhớ ngoài tương đối chậm nên khi máy tính làm việc thì dữ liệu từ bộ nhớ ngoài 
được chuyển vào bộ nhớ trong. 
 Băng từ và đĩa từ là các thiết bị lưu trữ khối mà giá thành tính trên mỗi bit tương đối 
thấp. Một loại bộ nhớ khối mới hơn là bộ nhớ bọt từ (magnetic bubble memory, MBM) là 
bộ nhớ điện tử dựa trên nguyên tắc từ có khả năng lưu trữ hàng triệu bit trong một chip. Với 
tốc độ tương đối chậm nó không được dùng như bộ nhớ trong. 
 Chương này nghiên cứu cấu tạo và tổ chức của các bộ nhớ bán dẫn. 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 2 
7.1 Thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ 
Để tìm hiểu cấu tạo, hoạt động của bộ nhớ chúng ta bắt đầu với một số thuật ngữ liên 
quan đến bộ nhớ 
- Tế bào nhớ: là linh kiện hay một mạch điện tử dùng để lưu trữ một bit đơn (0 hay 
1). Thí dụ của một tế bào nhớ bao gồm: mạch FF, tụ được tích điện, một điểm trên băng từ 
hay đĩa từ. . . . 
- Từ nhớ : là một nhóm các bit (tế bào) trong bộ nhớ dùng biểu diễn các lệnh hay dữ 
liệu dưới dạng một số nhị phân. Thí dụ một thanh ghi 8 FF là một phần tử nhớ lưu trữ từ 8 bit. 
Kích thước của từ nhớ trong các máy tính hiện đại có chiều dài từ 4 đến 64 bit. 
- Byte : từ 8 bit, đây là kích thước thường dùng của từ nhớ trong các máy vi tính. 
- Dung lượng : chỉ số lượng bit có thể lưu trữ trong bộ nhớ. Thí dụ bộ nhớ có khả 
năng lưu trữ 4.096 từ nhớ 20 bit, dung lượng của nó là 4096 x 20, mỗi 1024 (=210) từ nhớ 
được gọi là “1K”, như vậy 4096 x 20 = 4K x 20. Với dung lượng lớn hơn ta dùng “1M” hay 
1meg để chỉ 220 = 1.048.576 từ nhớ. 
- Địa chỉ : là số nhị phân dùng xác định vị trí của từ nhớ trong bộ nhớ. Mỗi từ nhớ 
được lưu trong bộ nhớ tại một địa chỉ duy nhất. Địa chỉ luôn luôn được biểu diễn bởi số nhị 
phân, tuy nhiên để thuận tiện người ta có thể dùng số hex hay thập phân, bát phân 
- Tác vụ đọc : (Read, còn gọi là fetch ), một từ nhớ tại một vị trí nào đó trong bộ nhớ 
được truy xuất và chuyển sang một thiết bị khác. 
- Tác vụ viết : (ghi, Write, còn gọi là store ), một từ mới được đặt vào một vị trí trong 
bộ nhớ, khi một từ mới được viết vào thì từ cũ mất đi. 
- Thời gian truy xuất (access time) : số đo tốc độ hoạt động của bộ nhớ, ký hiệu tACC 
Đó là thời gian cần để hoàn tất một tác vụ đọc. Chính xác đó là thời gian từ khi bộ nhớ nhận 
một địa chỉ mới cho tới lúc dữ liệu khả dụng ở ngã ra bộ nhớ 
- Bộ nhớ không vĩnh cữu (volatile) : Bộ nhớ cần nguồn điện để lưu trữ thông tin. Khi 
ngắt điện, thông tin lưu trữ bị mất. Hầu hết bộ nhớ bán dẫn là loại không vĩnh cữu, trong khi 
bộ nhớ từ là loại vĩnh cữu (nonvolatile). 
 - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random-Access Memory, RAM) : Khi cần truy xuất 
một địa chỉ ta tới ngay địa chỉ đó. Vậy thời gian đọc hay viết dữ liệu vào các vị trí nhớ khác 
nhau trong bộ nhớ không tùy thuộc vào vị trí nhớ. Nói cách khác, thời gian truy xuất như 
nhau đối với mọi vị trí nhớ. Hầu hết bộ nhớ bán dẫn và nhẫn từ (bộ nhớ trong của máy tính 
trước khi bộ nhớ bán dẫn ra đời) là loại truy xuất ngẫu nhiên. 
- Bộ nhớ truy xuất tuần tự (Sequential-Access Memory, SAM) : Khi cần truy xuất 
một địa chỉ ta phải lướt qua các địa chỉ trước nó. Như vậy thời gian đọc và viết dữ liệu ở 
những vị trí khác nhau thì khác nhau. Những thí dụ của bộ nhớ này là băng từ, đĩa từ. Tốc độ 
làm việc của loại bộ nhớ này thường chậm so với bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên. 
- Bộ nhớ đọc/viết (Read/Write Memory, RWM) : Bộ nhớ có thể viết vào và đọc ra. 
- Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory, ROM): là bộ nhớ mà tỉ lệ tác vụ đọc trên tác 
vụ ghi rất lớn. Về mặt kỹ thuật, một ROM có thể được ghi chỉ một lần ở nơi sản xuất và sau 
đó thông tin chỉ có thể được đọc ra từ bộ nhớ. Có loại ROM có thể được ghi nhiều lần nhưng 
tác vụ ghi khá phức tạp hơn là tác vụ đọc. ROM thuộc loại bộ nhớ vĩnh cữu và dữ liệu được 
lưu giữ khi đã cắt nguồn điện. 
- Bộ nhớ tĩnh (Static Memory Devices) : là bộ nhớ bán dẫn trong đó dữ liệu đã lưu trữ 
được duy trì cho đến khi nào còn nguồn nuôi. 
- Bộ nhớ động (Dynamic Memory Devices) : là bộ nhớ bán dẫn trong đó dữ liệu đã 
lưu trữ muốn tồn tại phải được ghi lại theo chu kỳ. Tác vụ ghi lại được gọi là làm tươi 
(refresh). 
- Bộ nhớ trong (Internal Memory) : Chỉ bộ nhớ chính của máy tính. Nó lưu trữ các 
lệnh và dữ liệu mà CPU dùng thường xuyên khi hoạt động. 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 3 
- Bộ nhớ khối (Mass Memory): Còn gọi là bộ nhớ phụ, nó chứa một lượng thông tin 
rất lớn ở bên ngoài máy tính. Tốc độ truy xuất trên bộ nhớ này thường chậm và nó thuộc loại 
vĩnh cữu. 
7.2 Đại cương về vận hành của bộ nhớ 
7.2.1 Các tác vụ và các nhóm chân của một IC nhớ 
Mặc dù mỗi loại bộ nhớ có hoạt động bên trong khác nhau, nhưng chúng có chung 
một số nguyên tắc vận hành mà chúng ta có thể tìm hiểu sơ lược trước khi đi vào nghiên cứu 
từng loại bộ nhớ. 
Mỗi hệ thống nhớ luôn có một số yêu cầu ở các ngã vào và ra để hoàn thành một số 
tác vụ: 
- Chọn địa chỉ trong bộ nhớ để truy xuất (đọc hoặc viết) 
- Chọn tác vụ đọc hoặc viết để thực hiện 
- Cung cấp dữ liệu để lưu vào bộ nhớ trong tác vụ viết 
- Gửi dữ liệu ra từ bộ nhớ trong tác vụ đọc 
- Cho phép (Enable) (hay Không, Disable) bộ nhớ đáp ứng (hay không) đối với lệnh 
đọc/ghi ở địa chỉ đã gọi đến. 
Từ các tác vụ kể trên, ta có thể hình dung mỗi IC nhớ có một số ngã vào ra như sau: 
- Ngã vào địa chỉ : mỗi vị trí nhớ xác định bởi một địa chỉ duy nhất, khi cần đọc dữ 
liệu ra hoặc ghi dữ liệu vào ta phải tác động vào chân địa chỉ của vị trí nhớ đó. Một IC có n 
chân địa chỉ sẽ có 2n vị trí nhớ. Ký hiệu các chân địa chỉ là A0 đến An-1 Một IC có 10 chân địa 
chỉ sẽ có 1024 (1K) vị trí nhơ. 
- Ngã vào/ra dữ liệu: Các chân dữ liệu là các ngã vào/ra, nghĩa là dữ liệu luôn được 
xử lý theo hai chiều. Thường thì dữ liệu vào/ra chung trên một chân nên các ngã này thuộc 
loại ngã ra 3 trạng thái. Số chân địa chỉ và dữ liệu của một IC xác định dung lượng nhớ của IC 
đó. Thí dụ một IC nhớ có 10 chân địa chỉ và 8 chân dữ liệu thì dung lượng nhớ của IC đó là 
1Kx8 (8K bit hoặc 1K Byte). 
- Các ngã vào điều khiển: Mỗi khi IC nhớ được chọn hoặc có yêu cầu xuất nhập dữ 
liệu các chân tương ứng sẽ được tác động. Ta có thể kể ra một số ngã vào điều khiển: 
 * CS : Chip select - Chọn chip - Khi chân này xuống thấp IC được chọn 
* CE : Chip Enable - Cho phép chip - Chức năng như chân CS 
* OE: Output Enable - Cho phép xuất - Dùng khi đọc dữ liệu 
 * WR/ : Read/Write - Đọc/Viết - Cho phép Đọc dữ liệu ra khi ở mức cao và Ghi dữ 
liệu vào khi ở mức thấp 
* CAS : Column Address Strobe - Chốt địa chỉ cột 
* RAS: Row Address Strobe - Chốt địa chỉ hàng. 
Trong trường hợp chip nhớ có dung lượng lớn, để giảm kích thước của mạch giải mã 
địa chỉ bên trong IC, người ta chia số chân ra làm 2: địa chỉ hàng và địa chỉ cột. Như vậy phải 
dùng 2 mạch giải mã địa chỉ nhưng mỗi mạch nhỏ hơn rất nhiều. Thí dụ với 10 chân địa chỉ, 
thay vì dùng 1 mạch giải mã 10 đường sang 1024 đường, người ta dùng 2 mạch giải mã 5 
đường sang 32 đường, hai mạch này rất đơn giản so với một mạch kia. Một vị trí nhớ bây giờ 
có 2 địa chỉ : hàng và cột, dĩ nhiên muốn truy xuất một vị trí nhớ phải có đủ 2 địa chỉ nhờ 2 
tín hiệu RAS và CAS . 
(H 7.1) cho thấy cách vẽ các nhóm chân của IC nhớ (m chân địa chỉ và n chân dữ 
liệu). (H 7.1b) và (H 7.1c) vẽ các chân địa chỉ và dữ liệu dưới dạng các Bus. (H 7.1b) được 
dùng trong các sơ đồ chi tiết và (H 7.1c) được dùng trong các sơ đồ khối. 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 4 
 (a) (b) (c) 
(H 7.1) 
7.2.2 Giao tiếp giữa IC nhớ và bộ xử lý trung tâm (CPU) 
Trong hệ thống mọi hoạt động có liên quan đến IC nhớ đều do bộ xử lý trung tâm 
(Central Processing Unit, CPU) quản lý. Giao tiếp giữa IC nhớ và CPU mô tả ở (H 7.2) 
(H 7.2) 
 Một tác vụ có liên quan đến bộ nhớ được CPU thực hiện theo các bước: 
 - Đặt địa chỉ quan hệ lên bus địa chỉ. 
 - Đặt tín hiệu điều khiển lên bus điều khiển. 
 - Dữ liệu khả dụng xuất hiện trên bus dữ liệu, sẵn sàng để ghi vào hoặc đọc ra. 
 Để hoạt động của IC đồng bộ, các bước trên phải tuân thủ giản đồ thời gian của từng 
IC nhớ (sẽ đề cập đến khi xét các loại bộ nhớ) 
7.3 Các loại bộ nhớ bán dẫn 
 Có 3 loại bộ nhớ bán dẫn : 
 - Bộ nhớ bán dẫn chỉ đọc : (Read Only Memory, ROM) 
 - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên : (Random Access Memory, RAM) 
 Thật ra ROM và RAM đều là loại bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, nhưng RAM được giữ 
tên gọi này. Để phân biệt chính xác ROM và RAM ta có thể gọi ROM là bộ nhớ chết 
(nonvolatile, vĩnh cữu) và RAM là bộ nhớ sống (volatile, không vĩnh cữu) hoặc nếu coi 
ROM là bộ nhớ chỉ đọc thì RAM là bộ nhớ đọc được - viết được (Read-Write Memory) 
 - Thiết bị logic lập trình được : (Programmable Logic Devices, PLD) có thể nói điểm 
khác biệt giữa PLD với ROM và RAM là qui mô tích hợp của PLD thường không lớn như 
ROM và RAM và các tác vụ của PLD thì có phần hạn chế. 
7.3.1 ROM (Read Only Memory) 
Mặc dù có tên gọi như thế nhưng chúng ta phải hiểu là khi sử dụng ROM, tác vụ đọc 
được thực hiện rất nhiều lần so với tác vụ ghi. Thậm chí có loại ROM chỉ ghi một lần khi xuất 
xưởng. 
Các tế bào nhớ hoặc từ nhớ trong ROM sắp xếp theo dạng ma trận mà mỗi phần tử 
chiếm một vị trí xác định bởi một địa chỉ cụ thể và nối với ngã ra một mạch giải mã địa chỉ 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 5 
bên trong IC. Nếu mỗi vị trí chứa một tế bào nhớ ta nói ROM có tổ chức bit và mỗi vị trí là 
một từ nhớ ta có tổ chức từ. 
Ngoài ra, để giảm mức độ cồng kềnh của mạch giải mã, mỗi vị trí nhớ có thể được xác 
định bởi 2 đường địa chỉ : đường địa chỉ hàng và đường địa chỉ cột và trong bộ nhớ có 2 mạch 
giải mã nhưng mỗi mạch có số ngã vào bằng 1/2 số đường địa chỉ của cả bộ nhớ. 
7.3.1.1 ROM mặt nạ (Mask Programmed ROM, MROM) 
Đây là loại ROM được chế tạo để thực hiện một công việc cụ thể như các bảng tính, 
bảng lượng giác , bảng logarit . . . . ngay sau khi xuất xưởng. Nói cách khác, các tế bào nhớ 
trong ma trận nhớ đã được tạo ra theo một chương trình đã xác định trước bằng phương pháp 
mặt nạ: đưa vào các linh kiện điện tử nối từ đường từ qua đường bít để tạo ra một giá trị bit 
và để trống cho giá trị bit ngược lại. 
- (H 7.3) là mô hình của một MROM trong đó các ô vuông là nơi chứa (hay không) 
một linh kiện (diod, transistor BJT hay MOSFET) để tạo bit. Mỗi ngã ra của mạch giải mã 
địa chỉ gọi là đường từ và đường nối tế bào nhớ ra ngoài gọi là đường bit. Khi đường từ lên 
mức cao thì tế bào nhớ hoặc từ nhớ được chọn. 
(H 7.3) 
Nếu tế bào nhớ là Diod hoặc BJT thì sự hiện diện của linh kiện tương ứng với bit 1 
(lúc này đường từ lên cao, Transsisstor hoặc diod dẫn, dòng điện qua điện trở tạo điện thế cao 
ở hai đầu điện trở) còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 0. 
Đối với loại linh kiện MOSFET thì ngược lại, nghĩa là sự hiện diện của linh kiện 
tương ứng với bit 0 còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 1 (muốn có kết quả như loại BJT thì 
thêm ở ngã ra các cổng đảo). 
(H 7.4) là một thí dụ bộ nhớ MROM có dung lượng 16x1 với các mạch giải mã hàng 
và cột (các mạch giải mã 2 đường sang 4 đường của hàng và cột đều dùng Transistor MOS và 
có cùng cấu trúc). 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 6 
(H 7.4) 
Trong thực tế, để đơn giản cho việc thực hiện, ở mỗi vị trí nhớ người ta đều cho vào 
một transistor MOS. Nhưng ở những vị trí ứng với bit 1 các transistor MOS được chế tạo với 
lớp SiO2 dầy hơn làm tăng điện thế ngưỡng của nó lên, kết quả là transistor MOS này luôn 
luôn không dẫn điện (H 7.5), Các transistor khác dẫn điện bình thường. 
(H 7.5) 
7.3.1.2 ROM lập trình được (Programmable ROM, PROM) 
Có cấu tạo giống MROM nhưng ở mỗi vị trí nhớ đều có linh kiện nối với cầu chì. 
Như vậy khi xuất xưởng các ROM này đều chứa cùng một loại bit (gọi là ROM trắng), lúc sử 
dụng người lập trình thay đổi các bit mong muốn  ... ễn các phần tử của PLD 
Một biến trong các hàm thường xuất hiện ở dạng nguyên và đảo của nó nên chúng ta 
dùng ký hiêu đệm và đảo chung trong một cổng có 2 ngã ra. 
Một nối chết, còn gọi là nối cứng (không thay đổi được) được vẽ bởi một chấm đậm 
(.) và một nối sống, còn gọi là nối mềm (dùng lập trình) bởi một dấu (x). Nối sống thực chất 
là một cầu chì, khi lập trình thì được phá bỏ. 
Một cổng nhiều ngã vào thay thế bởi một ngã vào duy nhất với nhiều mối nối (H 
7.13). 
(H 7.13) 
Chúng ta chỉ lấy thí dụ với mạch tương đối đơn giản để thấy được cấu tạo của các 
PLD, đó là các PLD chỉ thực hiện được 4 hàm mỗi hàm gồm 4 biến, như vậy mạch gồm 4 
ngã vào và 4 ngã ra. Trên thực tế số hàm và biến của một PLD rất lớn. 
7.3.2.1 PROM 
 (H 7.14 ) là cấu tạo PROM có 4 ngã vào và 4 ngã ra. 
Có tất cả 16 cổng AND có 4 ngã vào được nối chết với các ngã ra đảo và không đảo 
của các biến vào, ngã ra các cổng AND là 16 tổ hợp của 4 biến (Gọi là đường tích) 
Các cổng OR có 16 ngã vào được nối sống để thực hiện hàm tổng (đường tổng). Như vậy với 
PROM việc lập trình thực hiện ở các đường tổng. 
 Thí dụ dùng PROM này để tạo các hàm sau: 
CDBDAO 1 ++= ABDCBACDO 2 += ABCO 3 = CDBAO 4 += 
Ta phải chuẩn hóa các hàm chưa chuẩn 
ABCDABCDACBDABCDABCDABCDABDCBACDBACDCBADDCBAO 1 ++++++++++= 
ABCABCABCO 3 DD +== 
ABCDABCDABCDDCBABACDCBADBACDCDBAO 4 ++++++=+= 
Mạch cho ở (H 7.14b) 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 11 
 (a) (b) 
 (H 7.14) 
7.3.2.2 PAL 
Mạch tương tự với IC PROM, PAL có các cổng AND 8 ngã vào được nối sống và 4 
cổng OR mỗi cổng có 4 ngã vào nối chết với 4 đường tích. Như vậy việc lập trình được thực 
hiện trên các đường tích 
(H 7.15b) là IC PAL đã được lập trình để thực hiện các hàm trong thí dụ trên: 
 CDBDAO 1 ++= ABDCBACDO 2 += ABCO 3 = CDBAO 4 += 
(a) (b) 
(H 7.15) 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 12 
7.3.2.3 PLA 
PLA có cấu tạo tương tự PROM và PAL, nhưng các ngã vào của cổng AND và cổng 
OR đều được nối sống (H 7.16). Như vậy khả năng lập trình của PLA bao gồm cả hai cách lập 
trình của 2 loại IC kể trên. 
(H 7.16) 
7.3.3 RAM (Random Acess Memory) 
Có hai loại RAM : RAM tĩnh và RAM động 
RAM tĩnh cấu tạo bởi các tế bào nhớ là các FF, RAM động lợi dụng các điện dung ký 
sinh giữa các cực của transistor MOS, trạng thái tích điện hay không của tụ tương ứng với hai 
bit 1 và 0. Do RAM động có mật độ tích hợp cao, dung lượng bộ nhớ thường rất lớn nên để 
định vị các phần tử nhớ người ta dùng phương pháp đa hợp địa chỉ, mỗi từ nhớ được chọn khi 
có đủ hai địa chỉ hàng và cột được lần lượt tác động. Phương pháp này cho phép n đường địa 
chỉ truy xuất được 22n vị trí nhớ. Như vậy giản đồ thời gian của RAM động thường khác với 
giản đồ thời gian của RAM tĩnh và ROM. 
7.3.3.1 RAM tĩnh (Static RAM, SRAM) 
Mỗi tế bào RAM tĩnh là một mạch FlipFlop dùng Transistor BJT hay MOS (H 7.17) 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 13 
 (a) (H 7.17) (b) 
(H 7.17a) là một tế bào nhớ RAM tĩnh dùng transistor BJT với 2 đường địa chỉ hàng 
và cột. 
Khi một trong hai đường địa chỉ hàng hoặc cột ở mức thấp các tế bào không được 
chọn vì cực E có điện thế thấp hai Transistor đều dẫn, mạch không hoạt động như một FF. 
Khi cả hai địa chỉ hàng và cột lên cao, mạch hoạt động như FF, hai trạng thái 1 và 0 của tế 
bào nhớ được đặc trưng bởi hai trạng thái khác nhau của 2 đường bit và bit . 
Giả sử khi T1 dẫn thì T2 ngưng, đường bit có dòng điện chạy qua, tạo điện thế cao ở R3 
trong khi đó đường bit không có dòng chạy qua nên ở R4 có điện thế thấp. Nếu ta qui ước 
trạng thái này tương ứng với bit 1 thì trạng thái ngược lại, là trạng thái T1 ngưng và T2 dẫn, 
hiệu thế ở điện trở R3 thấp và ở R4 cao, sẽ là bit 0. R3 và R4 có tác dụng biến đổi dòng điện ra 
điện thế. 
Đối với tế bào nhớ dùng MOS, hai đường từ nối với T5, T6 và T7, T8 nên khi một trong 
hai đường từ ở mức thấp T1 và T2 bị cô lập khỏi mạch, tế bào nhớ không được chọn. Khi cả 
hai lên cao mạch hoạt động tương tự như trên. Trong mạch này R1 và R2 thay bởi T3 và T4 và 
không cần R3 và R4 như mạch dùng BJT. 
(H 7.18) là mạch điều khiển chọn chip và thực hiện tác vụ đọc/viết vào tế bào nhớ. 
(H 7.18) 
OPAMP giữ vai trò mạch so sánh điện thế hai đường bit và bit cho ở ngã ra mức cao 
hoặc thấp tùy kết quả so sánh này (tương ứng với 2 trạng thái của tế bào nhớ) và dữ liệu được 
đọc ra khi cổng đệm thứ 2 mở ( WR/ lên cao). 
Khi cổng đệm thứ nhất mở ( WR/ xuống thấp) dữ liệu được ghi vào tế bào nhớ qua 
cổng đệm 1. Cổng 3 tạo ra hai tín hiệu ngược pha từ dữ liệu vào. Nếu hai tín hiệu này cùng 
trạng thái với hai đường bit và bit của mạch trước đó, mạch sẽ không đổi trạng thái nghĩa là 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 14 
nếu tế bào nhớ đang lưu bit giống như bit muốn ghi vào thì mạch không thay đổi. Bây giờ, 
nếu dữ liệu cần ghi khác với dữ liệu đang lưu trữ thì mạch FF sẽ thay đổi trạng thái cho phù 
hợp với 2 tín hiệu ngược pha được tạo ra từ dữ liệu. Bit mới đã được ghi vào. 
- Chu kỳ đọc của SRAM 
Giản đồ thời gian một chu kỳ đọc của SRAM tương tự như giản đồ thời gian một chu 
kỳ đọc của ROM (H 7.11) thêm điều kiện tín hiệu WR/ lên mức cao. 
- Chu kỳ viết của SRAM 
(H 7.19) là giản đồ thời gian một chu kỳ viết của SRAM 
Một chu kỳ viết tWC bao gồm: 
- tAS (Address Setup time): Thời gian thiết lập địa chỉ : Thời gian để giá trị địa chỉ ổn 
định trên bus địa chỉ cho tới lúc tín hiệu CS tác động. 
- tW (Write time): Thời gian từ lúc tín hiệu CS tác động đến lúc dữ liệu có giá trị trên 
bus dữ liệu. 
- tDS và tDH: Khoảng thời gian dữ liệu tồn tại trên bus dữ liệu bao gồm thời gian trước 
(tDS) và sau (tDH) khi tín hiệu CSkhông còn tác động 
- tAH (Address Hold time): Thời gian giữ địa chỉ: từ lúc tín hiệu CSkhông còn tác 
động đến lúc xuất hiện địa chỉ mới. 
(H 7.19) 
7.3.3.2 RAM động (Dynamic RAM, DRAM) 
(H 7.20a) là một tế bào nhớ của DRAM 
 (a) (H 7.20) (b) 
(H 7.20b) là một cách biểu diễn tế bào nhớ DRAM trong đó đơn giản một số chi tiết 
được dùng để mô tả các tác vụ viết và đọc tế bào nhớ này. 
Các khóa từ S1 đến S4 là các transistor MOS được điều khiển bởi các tín hiệu ra từ 
mạch giải mã địa chỉ và tín hiệu WR/ . 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 15 
Để ghi dữ liệu vào tế bào, các khóa S1 và S2 đóng trong khi S3 và S4 mở. Bit 1 thực 
hiện việc nạp điện cho tụ C và bit 0 làm tụ C phóng điện. Sau đó các khóa sẽ mở để cô lập C 
với phần mạch còn lại. Một cách lý tưởng thì C sẽ duy trì trạng thái của nó vĩnh viễn nhưng 
thực tế luôn luôn có sự rỉ điện qua các khóa ngay cả khi chúng mở do đó C bị mất dần điện 
tích . 
Để đọc dữ liệu các khóa S2 , S3 , S4 đóng và S1 mở, tụ C nối với một mạch so sánh với 
một điện thế tham chiếu để xác định trạng thái logic của nó. Điện thế ra mạch so sánh chính là 
dữ liệu được đọc ra. Do S2 và S4 đóng, dữ liệu ra được nối ngược lại tụ C để làm tươi nó. Nói 
cách khác, bit dữ liệu trong tế bào nhớ được làm tươi mỗi khi nó được đọc. 
Sử dụng DRAM, được một thuận lợi là dung lượng nhớ khá lớn nhưng phải có một số 
mạch phụ trợ: 
- Mạch đa hợp địa chỉ vì DRAM luôn sử dụng địa chỉ hàng và cột 
- Mạch làm tươi để phục hồi dữ liệu có thể bị mất sau một khoảng thời gian ngắn nào 
đó. 
a. Đa hợp địa chỉ 
Như đã nói trên, do dung lượng của DRAM rất lớn nên phải dùng phương pháp đa 
hợp để chọn một vị trí nhớ trong DRAM. Mỗi vị trí nhớ sẽ được chọn bởi 2 địa chỉ hàng và 
cột lần lượt xuất hiện ở ngã vào địa chỉ. 
Thí dụ với DRAM có dung lượng 16Kx1, thay vì phải dùng 14 đường địa chỉ ta chỉ 
cần dùng 7 đường và mạch đa hợp 14 → 7 (7 đa hợp 2→1) để chọn 7 trong 14 đường địa chỉ 
ra từ CPU (H 7.21). Bộ nhớ có cấu trúc là một ma trận 128x128 tế bào nhớ, sắp xếp thành 128 
hàng và 128 cột, có một ngã vào và một ngã ra dữ liệu, một ngã vào WR/ . Hai mạch chốt 
địa chỉ (hàng và cột) là các thanh ghi 7 bit có ngã vào nối với ngã ra mạch đa hợp và ngã ra 
nối với các mạch giải mã hàng và cột. Các tín hiệu SRA và SCA dùng làm xung đồng hồ 
cho mạch chốt và tín hiệu Enable cho mạch giải mã. Như vậy 14 bit địa chỉ từ CPU sẽ lần 
lượt được chốt vào các thanh ghi hàng và cột bởi các tín hiệu SRA và SCA rồi được giải mã 
để chọn tế bào nhớ. Vận hành của hệ thống sẽ được thấy rõ hơn khi xét các giản đồ thời gian 
của DRAM. 
(H 7.21) 
b. Giản đồ thời gian của DRAM 
 (H 7.22) là giản đồ thời gian đọc và viết tiêu biểu của DRAM (Hai giản đồ này chỉ 
khác nhau về thời lượng nhưng có chung một dạng nên ta chỉ vẽ một) 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 16 
(H 7.22) 
Giản đồ cho thấy tác động của tín hiệu XMU và các tín hiệu SRA và SCA . Khi 
XMU ở mức thấp mạch đa hợp cho ra địa chỉ hàng (A0 . . . A6) và được chốt vào thanh ghi 
khi tín hiệu SRA xuống thấp. Khi XMU ở mức cao mạch đa hợp cho ra địa chỉ cột (A7 . . . 
A13) và được chốt vào thanh ghi khi tín hiệu SCA xuống thấp. Khi cả địa chỉ hàng và cột đã 
được giải mã, dữ liệu tại địa chỉ đó xuất hiện trên bus dữ liệu để đọc ra hoặc ghi vào ( khả 
dụng) 
c. Làm tươi DRAM 
DRAM phải được làm tươi với chu kỳ khoảng 2ms để duy trì dữ liệu. 
Trong phần trước ta đã thấy tế bào nhớ DRAM được làm tươi ngay khi tác vụ đọc 
được thực hiện. Lấy thí dụ với DRAM có dung lượng 16Kx1 (16.384 tế bào) nói trên, chu kỳ 
làm tươi là 2 ms cho 16.384 tế bào nhớ nên thời gian đọc mỗi tế bào nhớ phải là 2 ms/16.384 
= 122 ns. Đây là thời gian rất nhỏ không đủ để đọc một tế bào nhớ trong điều kiện vận hành 
bình thường. Vì lý do này các hãng chế tạo đã thiết kế các chip DRAM sao cho mỗi khi tác 
vụ đọc được thực hiện đối với một tế bào nhớ, tất cả các tế bào nhớ trên cùng một hàng 
sẽ được làm tươi. Điều này làm giảm một lượng rất lớn tác vụ đọc phải thực hiện để làm tươi 
tế bào nhớ. Trở lại thí dụ trên, tác vụ đọc để làm tươi phải thực hiện cho 128 hàng trong 2 ms. 
Tuy nhiên để vừa vận hành trong điều kiện bình thường vừa phải thực hiện chức năng làm 
tươi người ta phải dùng thêm mạch phụ trợ, gọi là điều khiển DRAM (DRAM controller) 
IC 3242 của hảng Intel thiết kế để sử dụng cho DRAM 16K (H 7.23) 
Ngã ra 3242 là địa chỉ 7 bit đã được đa hợp và nối vào ngã vào địa chỉ của DRAM. 
Một mạch đếm 7 bit kích bởi xung đồng hồ riêng để cấp địa chỉ hàng cho DRAM trong suốt 
thời gian làm tươi. 3242 cũng lấy địa chỉ 14 bit từ CPU đa hợp nó với địa chỉ hàng và cột đã 
được dùng khi CPU thực hiện tác vụ đọc hay viết. Mức logic áp dụng cho các ngã REFRESH 
ENABLE và ROW ENABLE xác định 7 bit nào của địa chỉ xuất hiện ở ngã ra mạch 
controller cho bởi bảng 
 REFRESH ROW 
 ENABLE ENABLE 
Controller 
output 
 HIGH X 
 LOW HIGH 
 LOW LOW 
Refresh address (từ mạch đếm) 
Địa chỉ hàng (A0 . . . A6 từ CPU) 
Địa chỉ cột (A7 . . .A13 từ CPU) 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 17 
(H 7.23) 
7.4 MỞ RỘNG BỘ NHỚ 
Các IC nhớ thường được chế tạo với dung lượng nhớ có giới hạn, trong nhiều trường 
hợp không thể thỏa mãn yêu cầu của người thiết kế. Do đó mở rộng bộ nhớ là một việc làm 
cần thiết. Có 3 trường hợp phải mở rộng bộ nhớ. 
7.4.1. Mở rộng độ dài từ 
Đây là trường hợp số vị trí nhớ đủ cho yêu cầu nhưng dữ liệu cho mỗi vị trí nhớ thì 
không đủ. Có thể hiểu được cách mở rộng độ dài từ qua một thí dụ 
Thí dụ: Mở rộng bộ nhớ từ 1Kx1 lên 1Kx8 : 
Chúng ta phải dùng 8 IC nhớ 1Kx1, các IC nhớ này sẽ được nối chung bus địa chỉ và 
các đường tín hiệu điều khiển và mỗi IC quản lý một đường bit. 8 IC sẽ vận hành cùng lúc để 
cho một từ nhớ 8 bit (H 7.24). 
(H 7.24) 
7.4.2 Mở rộng vị trí nhớ 
 Số bit cho mỗi vị trí nhớ đủ theo yêu cầu nhưng số vị trí nhớ không đủ 
Thí dụ: Có IC nhớ dung lượng 1Kx8. Mở rộng lên 4Kx8. Cần 4 IC. Để chọn 1 trong 4 
IC nhớ cần một mạch giải mã 2 đường sang 4 đường, ngã ra của mạch giải mã lần lượt nối 
vào các ngã CS của các IC nhớ, như vậy địa chỉ của các IC nhớ sẽ khác nhau (H 7.25). Trong 
thí dụ này IC1 chiếm địa chỉ từ 000H đến 3FFH, IC2 từ 400H đến 7FFH, IC3 từ 800H đến 
BFFH và IC4 từ C00H đến FFFH 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 18 
(H 7.25) 
7.4.3 Mở rộng dung lượng nhớ 
 Cả vị trí nhớ và độ dài từ của các IC đều không đủ để thiết kế. Để mở rộng dung lượng 
nhớ ta phải kết hợp cả hai cách nói trên 
Thí dụ: Mở rộng bộ nhớ từ 4Kx4 lên 24Kx8. Cần 6 cặp IC mắc song song, mỗi cặp IC có 
chung địa chỉ và được chọn bởi một mạch giải mã 3 sang 8 đường (H 7.26). Ta chỉ dùng 6 
ngã ra từ Y0 đến Y5 của mạch giải mã 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 19 
(H 7.26) 
- Địa chỉ IC (1&2): 0000H - 0FFFH, IC (3&4) : 1000H - 1FFFH, IC (5&6): 2000H - 
2FFFH và IC (7&8) : 3000H - 3FFFH IC (9&10): 4000H - 4FFFH và IC (11&12) : 
5000H - 5FFFH 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ 
______________________________________________________________________________Chương 7 
Bộ nhớ bán dẫn VII - 20 
BÀI TẬP 
1. Dùng IC PROM 4 ngã vào và 4 ngã ra thiết kế mạch chuyển mã từ Gray sang nhị phân của 
số 4 bit. 
2. Dùng IC PAL 4 ngã vào và 4 ngã ra thiết kế mạch chuyển từ mã Excess-3 sang mã Aiken 
của các số từ 0 đến 9. 
 Dưới đây là 2 bảng mã 
 Excess-3 Aiken 
N A B C D A B C D 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
 0 
0 
0 
0 
0 
1 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
1 
1 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
3. Thiết kế mạch để mở rộng bộ nhớ từ 2Kx4 lên 2Kx8 
4. Thiết kế mạch để mở rộng bộ nhớ từ 1Kx4 lên 8Kx4. 
Cho biết địa chỉ cụ thể của các IC 
5. Thiết kế mạch để mở rộng bộ nhớ từ 2Kx4 lên 16Kx8. 
Cho biết địa chỉ cụ thể của các IC 
_________________________________________________________Nguyễn Trung Lập 
KỸ THUẬT SỐ