静态存储器的介绍
sram和dram的工作原理
sram和dram的工作原理
SRAM 和 DRAM 都是存储器的类型，其主要性能指标包括存储容量、存储时间、存储周期和存储器带宽。
SRAM(Static Random Access Memory) 是一种静态存储器，它的存储器单元是由触发器组成的，每个触发器存储一个二进制位。
SRAM 的读写操作需要通过触发器的开关状态来实现，因此它的读写操作时间较长，但是存储时间较短，可以实现高速读写。
DRAM(Dynamic Random Access Memory) 是一种动态存储器，它的存储器单元是由存储电容和正反馈电路组成的，每个存储器单元存储一个二进制位。
DRAM 的读写操作需要通过改变存储电容的电荷来实现，因此它的读写操作时间较短，但是存储时间较长。
DRAM 通常用于存储计算机中的内存数据，可以实现高速读写。
在 SRAM 和 DRAM 中，存储器单元的刷新是非常重要的。
存储器单元的刷新是通过将新的数据写入存储器单元中来掩盖存储器单元
中已经存在的电荷，使得存储器单元中的数据保持不变。
如果不进行存储器单元的刷新，存储器单元中的数据将随着时间的推移而丢失。
SRAM 和 DRAM 的工作原理区别在于它们的存储器单元的结构不同，以及它们的读写操作方式不同。
SRAM 的读写操作时间较长，但是存储时间较短，可以实现高速读写;DRAM 的读写操作时间较长，但是存储时间时间较长，可以实现高速读写。
存储器介绍RAMROM和Cache的区别的影响
存储器介绍RAMROM和Cache的区别的影响存储器介绍：RAM、ROM和Cache的区别及其影响在计算机科学领域，存储器是一种关键的组成部分，它用于存储和检索数据。
RAM（Random-Access Memory）、ROM（Read-Only Memory）和Cache（高速缓存）是常见的存储器类型。
虽然它们在特性和功能上存在差异，但各自拥有独特的作用和影响。
本文将介绍RAM、ROM和Cache之间的区别，以及它们对系统性能的影响。
一、RAM（随机存取存储器）RAM是一种易失性存储器，它主要用于临时存储计算机运行时所需的数据和指令。
它能够随机访问数据，因此读写速度非常快。
RAM 通常具有较大的存储容量，以满足计算机系统的需求。
RAM存储器可以分为静态RAM（Static RAM）和动态RAM （Dynamic RAM）。
静态RAM由触发器组成，每个触发器可以存储一个位。
静态RAM速度快、稳定可靠，但相较于动态RAM来说，其存储密度较低，成本较高。
动态RAM由电容和晶体管构成，电容用于存储位的值。
动态RAM相对便宜，但需要定期刷新以保持数据的正确性。
RAM的主要优点是读写速度快、可随机访问和可重写。
然而，RAM是易失性存储器，断电后数据会丢失。
因此，RAM主要用于存储临时数据、操作系统和应用程序的代码，用于提高系统运行速度。
二、ROM（只读存储器）ROM是一种非易失性存储器，其内部存储的数据通常由制造商在生产阶段进行编程，用户无法直接修改或删除其中的内容。
机器启动时，ROM中的指令将首先被加载，以加载操作系统和执行启动过程所需的基本操作。
ROM存储器存在多种类型，如可编程只读存储器（PROM）、电可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电子可擦可编程只读存储器（EEPROM）。
PROM可以通过特定的编程装置进行编程，而EPROM 和EEPROM可以通过特定的擦除装置进行擦除和重新编程。
ROM的主要优点是非易失性和只读特性，它们保证了其中的数据在断电后依然存在，并且无法被非法篡改。
静态存储器 实验报告
静态存储器实验报告静态存储器实验报告引言：静态存储器（Static Random Access Memory，简称SRAM）是一种常见的存储器类型，具有快速读写速度和稳定性等优点。
在本次实验中，我们将对SRAM 进行测试和分析，以评估其性能和可靠性。
实验目的：1. 了解静态存储器的基本原理和工作方式；2. 测试SRAM的读写速度和稳定性；3. 分析SRAM的性能特点和应用范围。
实验步骤：1. 准备工作：搭建SRAM测试平台，包括电源、控制电路和数据输入输出接口等；2. 读写速度测试：通过控制电路发送读写指令，并记录SRAM的读写时间；3. 稳定性测试：连续进行大量的读写操作，并观察SRAM的稳定性表现；4. 性能分析：根据测试结果，分析SRAM的读写速度、稳定性和功耗等性能指标。
实验结果：1. 读写速度：经过多次测试，我们得出了SRAM的平均读写速度为XX ns。
这一速度相对较快，适用于对存储器响应速度要求较高的应用场景。
2. 稳定性：在连续读写测试中，SRAM表现出了较好的稳定性，未出现数据丢失或错误的情况。
这证明了SRAM在数据存储和传输过程中的可靠性。
3. 功耗：SRAM在读写操作时会消耗一定的功耗，但相对于动态存储器（DRAM）而言，SRAM的功耗较低。
这使得SRAM在低功耗要求的电子设备中具有一定的优势。
讨论与分析：1. SRAM的优点：相对于动态存储器，SRAM具有读写速度快、稳定性高和功耗低等优点。
这使得SRAM在高性能计算机、嵌入式系统和高速缓存等领域得到广泛应用。
2. SRAM的缺点：与之相对应的是，SRAM的成本较高。
由于SRAM采用了更复杂的电路结构，导致其制造成本较高。
这使得SRAM在大容量存储器领域的应用受到一定的限制。
3. SRAM的应用范围：由于SRAM的快速读写速度和稳定性，它在高性能计算领域得到了广泛应用。
同时，由于SRAM的低功耗特性，它也适用于移动设备、物联网和嵌入式系统等低功耗要求的场景。
soc中的sram
soc中的sram
SRAM（静态随机存储器）是一种常用于计算机系统中的存储器类型，也被广泛应用于系统芯片（SoC）中。
SRAM 是一种易失性存储器，它能够在没有电源的情况下保持数据。
相对于动态随机存储器（DRAM），SRAM 的读写速度更快，因为它使用了一种不需要刷新操作的存储单元设计。
在SoC 中，SRAM 通常用于多个目的，包括：
1. 缓存：SRAM 可以作为高速缓存存储器，用于存储处理器的指令和数据，以提高系统性能。
由于SRAM 的高速读写特性，它可以快速响应处理器的读取请求，减少了对主存储器的访问延迟。
2. 寄存器文件：SRAM 经常被用作寄存器文件，用于存储处理器的寄存器状态。
寄存器文件是计算机体系结构中的一个关键组件，用于存储临时数据、运算结果和控制信号。
3. 存储器接口：SRAM 可以作为与其他外部存储器（如闪存或硬盘驱动器）进行交互的接口。
它可以用作缓冲区或数据传输的中间存储器，以提高数据传输速度。
总之，SRAM 在SoC 中具有重要的作用，可以提供快速的数据存储和访问功能，对于提高系统性能和响应能力非常关键。
1。
静态ram的名词解释
静态ram的名词解释静态RAM（Static Random-Access Memory）是一种常用于计算机内存系统的半导体存储器。
它与动态RAM（Dynamic Random-Access Memory）相对，两者之间有着一些重要的差异。
本文将对静态RAM进行详细的名词解释，介绍其结构、工作原理、特点以及应用领域。
一、结构和工作原理静态RAM由一组存储单元组成，每个存储单元通常由一个触发器（flip-flop）构成。
存储单元可存储一个二进制位（0或1），多个存储单元则构成了一个静态RAM单元。
在每个存储单元中，触发器的状态（高电平或低电平）表示着对应二进制位的值。
静态RAM以位（bit）为基本存储单元，不同于动态RAM以字节（byte）为基本存储单元。
每个位都由一个触发器组成，通常由6个晶体管构成。
这些晶体管实现了存储、刷新和读取操作。
在静态RAM中，数据的状态可以被保持，直到被修改或重新写入。
这种保持数据的特性使得静态RAM较为快速，读取速度快，对读写访问速度的限制较小。
然而，静态RAM也需要消耗更多的电力和占用更多的空间。
二、特点1. 高速性：相对于动态RAM而言，静态RAM具有更快的存取速度。
这主要是因为静态RAM存储单元的构造较为简单，不需要刷新操作。
2. 不需要刷新：静态RAM的数据状态可以一直保持，无需定期刷新。
这在某些实时应用中尤其重要，例如高性能计算、图像处理和网络通信等。
3. 较低的功耗：由于静态RAM不需要频繁的刷新操作，相对于动态RAM而言，它对功耗的需求较低。
4. 容量限制：静态RAM存储单元所需的面积较大，因此相对来说其容量限制较为严格。
这也导致静态RAM在成本上相对较高，因此在大容量存储需求下往往采用动态RAM。
5. 稳定性：静态RAM的存储单元可以保持数据状态，因此对于需要保持长时间数据稳定性的应用是一种理想的存储解决方案。
三、应用领域静态RAM广泛应用于各种计算机系统和电子设备，包括个人电脑、服务器、网络路由器、嵌入式系统等。
静态随机存储器实验报告
静态随机存储器实验报告1. 背景静态随机存储器(SRAM)是一种用于存储数据的半导体器件。
与动态随机存储器(DRAM)相比，SRAM速度更快、功耗更低，但成本更高。
SRAM通常用于高速缓存、寄存器文件和数据延迟线等需要快速访问的应用。
本实验旨在通过设计和实现一个简单的SRAM电路来深入了解SRAM的工作原理和性能特点。
2. 设计和分析2.1 SRAM基本结构SRAM由存储单元组成，每个存储单元通常由一个存储电容和一个存储转换器(存储反转MOSFET)组成。
存储电容用于存储数据位，存储转换器用于读取和写入数据。
存储单元按照空间布局进行编址，每个存储单元都有一个唯一的地址。
地址线和控制线用于选择要读取或写入的存储单元。
SRAM还包括写入电路、读取电路和时钟控制电路等。
2.2 SRAM工作原理在SRAM中，数据是以二进制形式存储。
写入操作通过将所需的位值写入存储电容来完成。
读取操作通过将控制信号应用到存储单元和读取电路上来完成。
读取操作的过程如下： 1. 选择要读取的存储单元，将其地址输入到地址线上； 2. 控制信号使存储单元的存储转换器进入放大模式，将存储电容中的电荷放大到可观测的输出电压； 3. 读取电路将放大后的信号恢复到合适的电平，供外部电路使用。
写入操作的过程如下： 1. 选择要写入的存储单元，将其地址输入到地址线上； 2. 控制信号使存储单元的存储转换器进入写入模式； 3. 将数据位的值输入到写入电路； 4. 控制信号触发写入电路将输入的值写入存储电容。
2.3 SRAM性能指标SRAM的性能指标主要包括存储体积、访问速度、功耗和稳定性。
存储体积是指存储单元和控制电路的总体积，通常以平方毫米(㎡)为单位衡量。
访问速度是指读写操作的平均时间。
它受到电路延迟、线材电容和电阻等因素的影响。
功耗是指SRAM在正常操作期间消耗的总功率，通常以毫瓦(mW)为单位衡量。
功耗由静态功耗和动态功耗组成，其中静态功耗是在存储器处于静止状态时消耗的功率，动态功耗是在读取和写入操作期间消耗的功率。
第三讲 静态存储器
扩展条件：设目标容量为M字×N位，存储器芯片容量为 m
字×n位，M>m ，N＝n，则需要的存储器芯片数＝M/m。
7
15:05:38
主存容量的扩展（续）
【例】用16K×8的SRAM芯片组成64K×8存储器
A 13～A0 A15～A0 CS3 A15～A 14
CS ___ WE D7～D0
。 。 。 。 。
SRAM芯片＃1
0 1
4000H~7FFFH
SRAM芯片＃2
1 0
8000H~BFFFH
SRAM芯片＃3
9
1 1
C000H~FFFFH
15:05:38
主存容量的扩展（续）
3、字位同时扩展
在字数方向和位数方向上同时扩展，是前两种扩展的组合。 各存储芯片的低位地址线并联，高位地址线经译码器译码后连 接到各芯片的片选信号。各芯片的数据线分别连接到数据总线 的相应位。各存储芯片读/写控制信号都并连在一起。
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主存容量的扩展（续）
四片SRAM芯片的地址分配为：
芯片编号 SRAM芯片＃0
A15 A14 0 0
A13 A8 … A0 0 0 …0 ⌇ 1 1 --- 1 0 0 …0 ⌇ 1 1 --- 1 0 0 …0 ⌇ 1 1 --- 1 0 0 …0 ⌇ 1 1 --- 1
地址范围 0000H~3FFFH
A
B
T6 T2
T4
③ 读出操作：字线为高；若 存“1”，I/O上输出高电平。 位线I/O 若存“0”， 上输出高电平 I /O
字线
位线I/O
2
静态存储器
2、静态存储器的组成
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⑴ 存储体 是存储单元的集合。在较大容量的存储器 中，往往把各个字的同一位组织在一个集成片 中。 ⑵ 地址译码器
单片机的RAM存储器详解
单片机的RAM存储器详解随着计算机技术的不断发展，单片机作为一种集成电路芯片，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。
而在单片机中，RAM存储器是一种非常重要的组成部分，它承担着临时存储数据的功能。
本文将详细解析单片机的RAM存储器，包括其定义、分类、特性以及应用等方面。
一、RAM存储器的定义RAM（Random Access Memory）即随机存取存储器，它是一种电子数字式存储器，能够按任意顺序访问其中的存储单元。
与之相对应的是ROM（Read-Only Memory），只能读取而不能写入。
二、RAM存储器的分类根据存储单元内容的易失性，RAM存储器可以分为静态RAM （SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
1. 静态RAM静态RAM采用存储单元由触发器构成，存储单元内部无需再进行刷新操作。
它的特点是读写速度快，但占用的空间较大。
静态RAM广泛应用于高性能嵌入式系统，如通信设备、计算机内存等。
2. 动态RAM动态RAM的存储单元由电容构成，需要定期刷新来保持数据的稳定。
它的特点是存储单元内部简单，占用空间小，但读写速度较慢。
动态RAM主要应用于低成本的嵌入式系统，如消费电子产品中的视频游戏机、智能手机等。
三、RAM存储器的特性RAM存储器有以下几个主要特性：1. 随机读写：RAM存储器可以根据地址直接读写数据，不需要按顺序进行操作。
2. 数据易失性：RAM存储器是易失性存储器，即断电后存储的数据会丢失。
因此，在单片机使用RAM存储数据时，需要特别注意数据的备份和保护。
3. 存储密度高：RAM存储单元内部结构简单，实现的存储密度较高。
4. 读写速度快：相比于ROM存储器，RAM存储器的读写速度更快，适合对数据进行频繁读写的应用场景。
四、RAM存储器的应用RAM存储器在单片机中广泛应用于各种需要临时存储数据的场景，下面是一些常见的应用：1. 作为程序存储器：在单片机中，RAM存储器可以用作存储程序代码，这种方式被称为RAM执行。
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Slide1. SRAM的全称是static random access memory，它是一种最常用的memory,核心部分是两个cross-coulped inverter 组成的bi-stable latching circuit，通常称为flip-flop的电路。
SRAM static的特性主要是它不需要像DRAM那样定期对存储的数据进行刷新，只要Vdd 不掉电，数据就可以稳定存储。
SRAM最主要的应用就是缓存，缓存的作用是在CPU和内存之间进行数据缓冲。
像智能手机这样的一些高端电子产品，SRAM是必不可少的。
SRAM之所以可以做缓存是因为它有一个最为重要的优点：speed, SRAM的读写频率可以到几个Giga Hz，比DRAM至少快一个order。
SRAM最大的劣势在于density 比较低，用的最多的SRAM是所谓的6T traditional SRAM, 1个bitcell有六个MOSFET组成，与SRAM对应的DRAM只需要一个MOSFET加一个capacitor。
bitcell占用面积大导致desity低,density低造成cost 高，具体表现是同样容量的缓存会比内存条造价高很多。
Slide 2. 这是一个目前典型的memory 架构，CPU+3级缓存再加内存条，其中一级缓存经常用8T dual port SRAM,可以用两个port同时读写，速度最高，集成度也最低，三级缓存会用high-density design的SRAM，集成度最高，速度最低。
从下面这幅实物图可以清楚看到multi-core 和三级缓存做在一起，stand alone的SRAM已经很少看到，一些低端的电子产品在介绍CPU性能参数的时候不会把缓存的信息单独列出来，但是对于像智能手机这样高端的电子产品，缓存的容量和工作频率绝对是一个重要的性能指标。
下面这张图根据价格和读写速度对memory进行一个排列，硬盘速度最低，价格最便宜，内存条其次，缓存速度最高，造价也最高。
接下来这张图是SRAM发展的roadmap,绿线对应左边的纵坐标，表示SRAM density的变化情况，每往前推进一个generation, desity翻倍，红点对应右边的纵坐标，表示SRAM 工作频率的变化情况，每推进一个generation, speed 提升15%. 最新的一些信息显示Intel基于22nm tri-gate finfet 工艺的SRAM, 工作频率最高可以达到4.6GHz。
最后看一下我们公司SRAM的一个大概的情况，已经进入量产的基于40nm low-leakage process 用于high density application 的面积最小的bitcell是0.242平方微米，desity 是4Mb/平方毫米，这个数值很容易算，你拿一个平方毫米除以一个bitcell的面积就得到了density, 我们公司像客户提供32Mega SRAM product,同时gurantee natural yield 在90%以上，所谓的natural yield是指在不加redundancy的情况下看到的yield,我们foundry向customer提供的都是natural yield. 什么是redundancy我稍后会讲。
28 127 bitcell design target 暂时定的是128mega, 但是困难很大，目前28PS 127 还没有yield。
28PS 155的64M SRAM array yield大概在10%到20%。
28HKMG 情况更糟，127和155在nominal vdd 下都没有看到yield。
Slide 3. 这是最常用的6T-SRAM的基本电路图，1个bitcell由六个transistor 组成，四个NMOS 和两个PMOS。
这个电路图的连接关系似乎有点乱，我们看一下简化的电路图，SRAM的核心部分是两个cross-coupled inverter 组成一个正反馈回路，可以保证SRAM有两个稳定的存储状态“0”和“1”，电荷存储在n1和n2两个storage node里面，n1和n2的电容主要是寄生电容和耦合电容，所以SRAM和DRAM从大的方面来说属于，与此相对应的是非易失性存储器，最典型的是flash,flash有专门的电荷存储介质—floating gate,电荷被写入之后，即使vdd掉电，电荷也可以被保存很长时间，通常是十年甚至更久。
除了主体部分的两个inverter还有两个pass gate主要用于控制数据读写。
slide 4. 这幅图是SRAM array的layout，每一个黄色的框框代表一个bitcell,整个SRAM array 就是这些bitcell的高度重复，我们把SRAM array里面具有数据存储以及读写功能的最小重复单元称为bitcell. 需要特别指出的是，严格意义上来讲，只要array里面有一个biecell 不能function,这个SRAM array就废掉了，到了32nm之后，process variation 越来越大导致bitcell fail的几率越来越高，同时array volume也越做越大，最终导致整个SRAM array yield很低，在这种情况下怎么提升yield？答案是加redundancy，具体来讲就是在array边上额外放上几行或者几列SRAM, 如果ARRAY 里面有bitcell fail的情况出现，通过相应的寻址操作找出fail那个bitcell所在的那一行或者那一列，用额外加的这些SRAM 将其替换掉，额外加入的那些SRAM bitcell就是redundancy。
Redundancy 说白了就是在那cost换取yield, 是在process variation越来越大的情况不得以采取的应对措施，在design的时候要不要加redundancy要由customer来决定。
把SRAM一个bitcell放大之后就是下面这幅图，请大家注意bitcell layout的一个特点：中心对称。
这是SRAM对mismatch 非常敏感的一个重要原因。
后面这张图是SRAM的SEM照片。
前面有提到过，SRAM最大的劣势是bitcell占用面积大，为了尽可能省面积，SRAM经常选用logic里面接近甚至超越minimum rule的device, 这是SRAM mismatch 很严重的最重要原因。
最后这张表列出了40ll 242 bitcell device的width和length，可以明显看出，PD width最大，PG 其次，PU最小，为什么是这样的一种排序，在cell ratio 那一部分会讲到。
Slide5.这是SRAM一个block的示意图，SRAM array做得很大比如128mega的时候需要很多block。
SRAM要能够实现数据读写功能，除了array主体部分之外，还需要相应的pheriphery就是控制电路，包括用于行选列选的pre-coder/decorder，用于read 的SA，用于write的write driver,以及用于数据输入输出的I/O和bufferSlide5.对于随着技术不断往前推进，电子产品性能飞速提高，同时功耗也越来越大，对于memory而言，它可以占到整个SOC总功耗的一半以上。
相比较而言，待机功耗会更重要，因为电子产品大部分时间还是处于standby状态。
那总功耗可以分为两个大的部分：static和dynamic,也可以称为standby和active。
Static power与leakage和待机电压成正比，dynamic这部分与load capacitance、工作频率以及工作电压有关。
降低功耗的最简单办法就是降低电压，SRAM有一些特殊称谓，SRAM total leakage称为standby current,最小待机电压称为DRV，最小工作电压称为Vccmin。
制约整个SOC的Vccmin不能很低的原因很多时候就是SRAM的Vccmin降不下来，是什么东西在制约SRAM的Vccmin,我在mismatch model那里向大家解释。
Slide 6.下面我们来看SRAM最简单的一个状态：standby，也成为hold或者retention。
在standby的是时候，WL接低电位，这样PG就关掉了，保证bitcell不与外界发生数据交换，同时precharge bitline和bitlinebar到高电位，为数据读取做准备。
下面引入SRAM 最最重要的一条曲线：butterfly curve。
它对于SRAM 的重要性到了一种怎么样的程度呢？如果你去查阅一些关于SRAM的paper,只要有需要比较SRAM 性能的地方基本都会把butterfly curve show 出来，所以理解butterfly curve是SRAM的关键所在。
Standby状况下的butterfly curve是最简单的，应为我不需要考虑PG的影响，它就是两个cross-coupled inverter对应的voltage transfer curve, 简称VTC，它是inverter最基本的特性。
之所以称为butterfly curve是因为它很像蝴蝶翅膀。
我们最关心的是embedded在butterfly curve里面的两个square,在理想情况下，也就是不考虑mismatch的时候，这两个square 完全相同，整个butterfly curve关于y=x对称，我们把内嵌最大的square对应的边长称为static noise margin, 这是SRAM最重要的一个概念。
Hold static noise margin 可以用来表征SRAM在standby 情况下的稳定性，这个值越大，表明SRAM待机状态越稳定，这个值的大小有什么决定？引入SRAM第一个ratio:alpha ratio, PU 与PD idsat的比值，与PG无关，因为PG是关掉的，这个比值越大，hold margin越大。
Butterfly curve 一般有三个交点，左上和右下的交点分别对应SRAM“0”和“1”两个稳定的存储状态，中间的交点是准稳态，只存在于理论上，处于这种状态的SRAM很不稳定，稍微有一些noise，就会向两外两个稳态演化。
Slide 7.借助hold butterfly curve 引入SRAM DRV的概念，DRV是指在保证数据正常存储的前提下最小的待机电压。
我们当然希望DRV越小越好。
我们看一下理想情况下也就是不考虑mismatch时候的DRV, 当vdd变小的时候，内嵌的那个square也跟着变小，当vdd小到一定成的的时候，这两条VTC相切，这是临界点，Vdd再小一点点，两条VTC 就没有交点了，稳态点不存在了，换句话说就是data hold不住了，那存储的信息就会丢失，standby fail.Slide 8.这是我拿model实际仿真的结果，vdd减小，hold margin跟着减小，到0.06v 的时候降为0, 我把这幅图单独摘出来，这是理想情况不考虑mismatch, DRV大概是0.06V，考虑mismatch的话，DRV会大很多。