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sram存储器是

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曾有幸参与面试工作,遇到一份简历,上面标明拥有AMD实习经历,并注明对CPU和内存的熟悉程度。

在交流中,我试探性地询问,能否简要描绘SRAM和DRAM的基本构造及其工作原理。遗憾的是,对方未能详尽解释。

我深知,对于CPU和内存的熟悉不仅仅是纸上谈兵。SRAM和DRAM作为其基本构成单元,理解它们的运作机制至关重要。CPU好比工程中的指挥家,而存储器则是工作台,用于及时处理关键任务。

谈及存储器,人们常以物理存储介质作比。如硬盘之于数据存储,犹如仓库般存放电子数据。而存储器的两大基石——SRAM和DRAM,其深入理解与电路原理的掌握,对于CPU架构及DDR技术的探索具有极大的助益。

DRAM,即动态随机存储器,依赖电容的充放电来储存和读取数据。由于电容会逐渐放电,若低于阈值,数据便可能丢失,因此需定期刷新以维持数据完整性。这就像我们日常使用的手机和电脑内存。

相对而言,SRAM即静态随机存储器,则有所不同。它采用如D触发器的结构来实现数据的读写操作。该结构在数据写入后无需任何刷新动作,因而被视为静态的。这样的设计使得控制器更为简单,存取速度远超DRAM,特别适用于高速存储场景如CPU缓存。

一、基础理解:D触发器与SRAM

从数字电路的基石开始谈起。D触发器是数字电路系统中的基本单元之一。对于1 bit的SRAM单元而言,其核心电路便是D触发器。

当电源存在时,D触发器的特性使得数据得以保存而无需任何刷新。它具备记忆功能,能够保持两种稳定的信息存储状态。D触发器的特性方程为Q(n+1)=D,即保持前一个状态不变。通过RS触发器并辅以真值表的理解,这一概念便不难掌握。

二、进阶认识:4个单管构成的SRAM

接下来,我们通过基本晶体管层面来搭建一个简化的SRAM单元。这个单元仅由4个NMOS管和两个电阻构成。

【电路详细分析】

SRAM单元具有对称性设计。其中Q1和Q2部分是用于锁存1位数字信号的关键。它们在读写操作中起到连接或断开存储单元与外围电路的作用。

通过控制字线WL(Word Line)的电平状态,可以实现单元的存取操作。当WL为高电平时,传输管导通,存储单元的内容得以传递到位线(Bit Line)。单元信息的反信号传递到位线,从而使得外围电路能够读取信息。

在写操作时,外围电路将电压传递到和上作为输入。当WL使能后,信息便被写入存储单元。

三、深度探索:6管单管构成的SRAM

我们从集成电路(IC)制造层面来探讨SRAM的构造。

大部分的细节与之前所述的第二层构造相似,但有一点不同之处在于M2与M4使用了PMOS代替。在SRAM中,每一bit的存储都依赖于由四个场效应管(M1, M2, M3, M4)构成的交叉耦合反相器结构。

还有另外两个场效应管(M5, M6)作为控制开关,负责连接存储基本单元与位线(Bit Line)。

一个SRAM基本单元具有0和1两种电平稳定状态。它由两个互补金属氧化物半导体(CMOS)反相器组成。这两个反相器的输入和输出相互交叉连接,从而实现了输出状态的锁定和保存。

【详细电路分析】

SRAM的基本单元存在三种工作状态:standby(待机)、read(读)和write(写)。


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