SRAM特点及工作原理

SRAM特点与工作原理

中心议题：

SRAM的基本简介

SRAM的主要规格与特点

SRAM的结构与工作原理

解决方案：

CPU与主存之间的高速缓存

CPU内部的L1/L2或外部的L2高速缓存

CPU外部扩充用的COAST高速缓存

SRAM是英文StaticRAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的

内存，不须要刷新电路即能保存它内部存储的数据.

基本简介

SRAM不须要刷新电路即能保存它内部存储的数据。而

DRAM(DynamicRandomAccessMemory)每隔一段时间,要刷

新充电一次，否则内部的数据即会消逝，因此SRAM具有较高的

性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量

的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却须要很大的

体积，且功耗较大°所以在主板上SRAM存储器要占用一部分面

积。

主要规格

一种是置于CPU与主存间的高速缓存，它有两种规格：一种是固

定在主板上的高速缓存(CacheMemory);另一种是插在卡槽上的

COAST(CacheOnAStick)扩充用的高速缓存，另外在CMOS芯

片146818的电路里，它的内部也有较小容量的128字节SRAM,

存储我们所设置的配置数据。还有为了加速CPU内部数据的传送,

自80486CPU起，在CPU的内部也设计有高速缓存，故在

PentiumCPU就有所谓的LlCache(一级高速缓存)和

L2Cache(二级高速缓存)的名词，一般LICache是内建在CPU的

内部，L2Cache是设计在CPU的外部，但是PentiumPro把L1

和L2Cache同时设计在CPU的内部，故PentiumPro的体积较

大。最新的Pentiumll又把L2Cache移至CPU内核之外的黑盒

子里。SRAM明显速度快，不须要刷新的操作，但是也有另外的缺

点，就是价格高，体积大，所以在主板上还不能作为用量较大的主

存。

基本特点

现将它的特点归纳如下：

◎优点，速度快，不必协作内存刷新电路，可提高整体的工作

效率。

◎缺点，集成度低，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价

格较高，少量用于关键性系统以提高效率。

◎SRAM运用的系统：

OCPU与主存之间的高速缓存。

OCPU内部的L1/L2或外部的L2高速缓存。

OCPU外部扩充用的COAST高速缓存。

OCMOS146818芯片(RT&CMOSSRAM)。

主要用途

SRAM主要用于二级高速缓存(Level2Cache)。它利用晶体管来存

储数据。与DRAM相比，SRAM的速度快，但在相同面积中SRAM

的容量要比其他类型的内存小。

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ffi1SRAM)2构座.

SRAMSRAM的速度快但昂贵，一般用小容量的SRAM作为更高

速CPU和较低速DRAM之间的缓存(cache).SRAM也有很多种，

如AsyncSRAM(AsynchronousSRAM,异步SRAM)、

SyncSRAM(SynchronousSRAM,同步SRAM)、

PBSRAM(PipelinedBurslSRAM,流水式突发SRAM),还有

INTEL没有公布细微环节的CSRAM等。

基本的SRAM的架构如图1所示，SRAM一般可分为五大部分:

存储单元阵列(corecellsarray),行/列地址译码器(decode),灵敏

放大器(SenseAmplifierj,限制电路(controlcircuit),缓冲/驱动

电路(FFIO)oSRAM是静态存储方式,以双稳态电路作为存储单元,

SRAM不象DRAM一样须要不断刷新，而且工作速度较快，但由

于存储单元器件较多，集成度不太高，功耗也较大。

工作原理

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图2六管单元电路图SRAM的工作原理：

假设打算往图2的6T存储单元写入“1”，先将某一组地址值输

入到行、列译码器中，选中特定的单元，然后使写使能信号WE有

效，将要写入的数据“1”通过写入电路变成“1”和“0”后分别

加到选中单元的两条位线BL,BLB±,此时选中单元的WL=1,晶

体管NO,N5打开，把BL,BLB上的信号分别送到Q,QB点，从而

使Q=l,QB=O,这样数据“1”就被锁存在晶体管P2,P3,N3,N4

构成的锁存器中。写入数据“0”的过程类似。

SRAM的读过程以读“1”为例，通过译码器选中某列位线对

BL,BLB进行预充电到电源电压VDD,预充电结束后，再通过行

译码器选中某行，则某一存储单元被选中，由于其中存放的是

“1"，则WL=1、Q=l、QB=0o晶体管N4、N5导通，有电流

经N4、N5到地，从而使BLB电位下降，BL、BLB间电位产生

电压差，当电压差达到肯定值后打开灵敏度放大器，对电压进行放

大，再送到输出电路，读出数据。

结构原理

SRAM(StaticRAM),即静态RAM.它也由晶体管组成。接通代表

1,断开表示0,并且状态会保持到接收了一个变更信号为止。这

些晶体管不须要刷新，但停机或断电时，它们同DRAM一样，会

丢掉信息。SRAM的速度特别快，通常能以20ns或更快的速度工

作。一个DRAM存储单元仅需一个晶体管和一个小电容.而每个

SRAM单元须要四到六个晶体管和其他零件。所以，除了价格较贵

外，SRAM芯片在外形上也较大，与DRAM相比要占用更多的空

间。由于外形和电气上的差别，SRAM和DRAM是不能互换的。

SRAM的高速和静态特性使它们通常被用来作为Cache存储之上

计算机的主板上都有Cache插座。

SRAM下图所示的是一个SRAM的结构框图。由上图看出SRAM

一般由五大部分组成，即存储单元阵列、地址译码器（包括行译码

器和列译码器）、灵敏放火器、限制电路和缓冲/驱动电路。在图中，

AO-Am-1为地址输入端，CSB.WEB和OEB为限制端，限制读

写操作，为低电平有效，1100-110N-1为数据输入输出端。存储

阵列中的每个存储单元都与其它单元在行和列上共享电学连接，其

中水平方向的连线称为“字线”，而垂直方向的数据流入和流出存

储单元的连线称为“位线”。通过输入的地址可选择特定的字线和

位线，字线和位线的交叉处就是被选中的存储单元，每一个存储单

元都是按这种方法被唯一选中，然后再对其进行读写操作。有的存

储器设计成多位数据如4位或8位等同时输入和输出，这样的话,

就会同时有4个或8个存储单元按上述方法被选中进行读写操作。

在SRAM中，排成矩阵形式的存储单元阵列的四周是译码器和与

外部信号的接口电路。存储单元阵列通常采纳正方形或矩阵的形

式，以削减整个芯片面积并有利于数据的存取。以一个存储容量为

4K位的SRAM为例，共需12条地址线来保证每一个存储单元都

能被选中(212=-4096)。假如存储单元阵列被排列成只包含一列的

长条形，则须要一个12/4K位的译码器，但假如排列成包含64

行和64列的正方形，这时则只需一个6/64位的行译码器和一个

6/64位的列译码器，行、列译码器可分别排列在存储单元阵列的

两边,64行和64列共有4096个交叉点，每一个点就对应一个存

储位。

因此，将存储单