SRAM結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用

SRAM (Static RAM)，即靜態(tài)RAM.它也由晶體管組成。接通代表1，斷開表示0，并且狀態(tài)會(huì)保持到接收了一個(gè)改變信號(hào)為止。這些晶體管不需要刷新，但停機(jī)或斷電時(shí)，它們同DRAM一樣，會(huì)丟掉信息。SRAM的速度非?？?，通常能以20ns或更快的速度工作。一個(gè)DRAM存儲(chǔ)單元僅需一個(gè)晶體管和一個(gè)小電容.而每個(gè)SRAM單元需要四到六個(gè)晶體管和其他零件。所以，除了價(jià)格較貴外，SRAM芯片在外形上也較大，與DRAM相比要占用更多的空間。由于外形和電氣上的差別，SRAM和DRAM是不能互換的。

SRAM的高速和靜態(tài)特性使它們通常被用來作為Cache存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)的主板上都有Cache插座。如圖3所示的是一個(gè)SRAM的結(jié)構(gòu)框圖。由圖3看出SRAM一般由五大部分組成，即存儲(chǔ)單元陣列、地址譯碼器(包括行譯碼器和列譯碼器)、靈敏放大器、控制電路和緩沖/驅(qū)動(dòng)電路。在圖3中，A0-Am-1為地址輸入端，CSB. WEB和OEB為控制端，控制讀寫操作，為低電平有效，1100-11ON-1為數(shù)據(jù)輸入輸出端。存儲(chǔ)陣列中的每個(gè)存儲(chǔ)單元都與其它單元在行和列上共享電學(xué)連接，其中水平方向的連線稱為“字線”，而垂直方向的數(shù)據(jù)流入和流出存儲(chǔ)單元的連線稱為“位線”。通過輸入的地址可選擇特定的字線和位線，字線和位線的交叉處就是被選中的存儲(chǔ)單元，每一個(gè)存儲(chǔ)單元都是按這種方法被唯一選中，然后再對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。有的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)成多位數(shù)據(jù)如4位或8位等同時(shí)輸入和輸出，這樣的話，就會(huì)同時(shí)有4個(gè)或8個(gè)存儲(chǔ)單元按上述方法被選中進(jìn)行讀寫操作。在SRAM 中，排成矩陣形式的存儲(chǔ)單元陣列的周圍是譯碼器和與外部信號(hào)的接口電路。存儲(chǔ)單元陣列通常采用正方形或矩陣的形式，以減少整個(gè)芯片面積并有利于數(shù)據(jù)的存取。以一個(gè)存儲(chǔ)容量為4K位的SRAM為例，共需12條地址線來保證每一個(gè)存儲(chǔ)單元都能被選中(

=4096)。如果存儲(chǔ)單元陣列被排列成只包含一列的長(zhǎng)條形，則需要一個(gè)12/4K位的譯碼器，但如果排列成包含64行和64列的正方形，這時(shí)則只需一個(gè)6/64位的行譯碼器和一個(gè)6/64位的列譯碼器，行、列譯碼器可分別排列在存儲(chǔ)單元陣列的兩邊，64行和64列共有4096個(gè)交叉點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)就對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)位。因此，將存儲(chǔ)單元排列成正方形比排列成一列的長(zhǎng)條形要大大地減少整個(gè)芯片地面積。存儲(chǔ)單元排列成長(zhǎng)條形除了形狀奇異和面積大以外，還有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是單排在列的上部的存儲(chǔ)單元與數(shù)據(jù)輸入/輸出端的連線就會(huì)變得很長(zhǎng)，特別是對(duì)于容量比較大得存儲(chǔ)器來說，情況就更為嚴(yán)重，而連線的延遲至少是與它的長(zhǎng)度成線性關(guān)系，連線越長(zhǎng)，線上的延遲就越大，所以就會(huì)導(dǎo)致讀寫速度的降低和不同存儲(chǔ)元連線延遲的不一致性，這些都是在設(shè)計(jì)中需要避免的。特性SRAM是比DRAM更為昂貴，但更為快速、低功耗(僅空閑狀態(tài))。因此SRAM首選用于帶寬要求高。SRAM比起DRAM更為容易控制，也更是隨機(jī)訪問。由于復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，SRAM比DRAM的占用面積更大，因而不適合用于更高儲(chǔ)存密度低成本的應(yīng)用，如PC內(nèi)存。時(shí)鐘頻率與功耗SRAM功耗取決于它的訪問頻率。如果用高頻率訪問SRAM，其功耗比DRAM大得多。有的SRAM在全帶寬時(shí)功耗達(dá)到幾個(gè)瓦特量級(jí)。另一方面，SRAM如果用于溫和的時(shí)鐘頻率的微處理器，其功耗將非常小，在空閑狀態(tài)時(shí)功耗可以忽略不計(jì)—幾個(gè)微瓦特級(jí)別。SRAM用于：

通用的產(chǎn)品

asynchronous界面，例如28針32Kx8的chip(通常命名為XXC256)，以及類似的產(chǎn)品最多16 Mbit每片

synchronous界面，通常用做高速緩存(cache)以及其它要求突發(fā)傳輸?shù)膽?yīng)用，最多18 Mbit(256Kx72)每片

集成于芯片內(nèi)

作為微控制器的RAM或者cache(通常從32 bytes到128kilobytes)

作為強(qiáng)大的微處理器的主caches，如x86系列與許多其它CPU(從8kiB到幾百萬(wàn)字節(jié)的量級(jí))

作為寄存器(參見寄存器堆)

用于特定的ICs或ASIC(通常在幾千字節(jié)量級(jí))

用于FPGA與CPLD

嵌入式應(yīng)用工業(yè)與科學(xué)用的很多子系統(tǒng)，汽車電子等等都用到了SRAM?，F(xiàn)代設(shè)備中很多都嵌入了幾千字節(jié)的SRAM。實(shí)際上幾乎所有實(shí)現(xiàn)了電子用戶界面的現(xiàn)代設(shè)備都可能用上了SRAM，如玩具。數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、音響合成器等往往用了幾兆字節(jié)的SRAM。 實(shí)時(shí)信號(hào)處理電路往往使用雙口(dual-ported)的SRAM。用于計(jì)算機(jī)SRAM用于PC、工作站、路由器以及外設(shè)：內(nèi)部的CPU高速緩存，外部的突發(fā)模式使用的SRAM緩存，硬盤緩沖區(qū)，路由器緩沖區(qū)，等等。LCD顯示器或者打印機(jī)也通常用SRAM來緩存數(shù)據(jù)。SRAM做的小型緩沖區(qū)也常見于CDROM與CDRW的驅(qū)動(dòng)器中，通常為256 KiB或者更多，用來緩沖音軌數(shù)據(jù)。線纜調(diào)制解調(diào)器及類似的連接于計(jì)算機(jī)的設(shè)備也使用了SRAM。愛好者搭建自己的處理器的業(yè)余愛好者更愿意選用SRAM，這是由于其易用性的工作界面。沒有DRAM所需的刷新周期;地址總線與數(shù)據(jù)總線直接訪問而不是像DRAM那樣多工分別訪問。SRAM通常只需3個(gè)控制信號(hào)：Chip Enable (CE), Write Enable (WE)與Output Enable(OE)。對(duì)于同步SRAM,還需要時(shí)鐘信號(hào)(Clock，CLK)。