存储器阵列

• 高效地保存大量数据
• 3种常见类型：
  • 动态随机访问存储器（Dynamic random access memory, DRAM）
  • 静态随机访问存储器（Static random access memory, SRAM）
  • 只读存储器（Read only memory, ROM）
• 每一个唯一的N位地址，可以读写一个M位的数据

• 包含bit cell的二维阵列
• N位地址，M位数据：
  • 2^N行、M列
  • 深度：行数（字数）
  • 宽度：列数（字宽）
  • 阵列大小：深度x宽度 = 2^N x M
• 位单位（bit cell）
  • 每一个位单元（bit cell）存储1位数据。
  • 一个位单元（bit cell）与一个字线（wordline）和一个位线（bitline）相连（存储器将字线设置为高电平，并激活此行中的位单元。当字线为高电平时就从位线传出或者传入要存储的位，否则位线就与位单元断开）

• 存储器的结构
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• 动态随机访问存储器（DRAM）
  • 以电容的充电和放电来存储位
  • DRAM位单元

• DRAM的位值存储在电容中，nMOS晶体管作为开关，决定是否从位线连接到电容，当字线有效时，nMOS处于导通状态，存储位的值就可以从位线上传入或传出

• 当读时，数据值从电容传送到位线；当写时，数据值从位线传送到电容。但是，读时会破坏存储在电容中的位值，所以每次读后需要恢复（重写）数据。（即使在DRAM在没有被读取时，电容电压也会慢慢泄露，其内容也必须要在几毫秒内刷新）

• 静态随机访问存储器（SRAM）
  • SRAM的位值存储方式不是采用的电容的方式，而存储在交叉耦合反相器中，不需要刷新存储位。
  • SARM位单元

• 位单元有两个输出→位线和位线
• 当字线有效时，两个nMOS晶体管都打开，数据值就从位线上传入/传出
• 与DRAM不同，如果噪声减弱了存储位的值，则交叉耦合反相器将恢复存储值

• 面积和延迟
  • 总的来说，晶体管数越多的器件，芯片面积、功耗和成本也更高

• DRAM的延迟比SRAM的延迟更长，因为它的位线不是用晶体管驱动的。DRAM必须等待充电，电容将值移动到位线的速度较慢。
• DRAM的吞吐量也比SRAM低，因为它必须周期性地在读取时候刷新
• 存储器的延迟和吞吐量也和存储器的大小有关，在其他条件相同的情况下，大容量存储器一般比小容量存储器更慢。

• 寄存器文件
  • 数字系统通常使用一组寄存器来存储临时变量，这组寄存器称为寄存器文件（register file）。通常由小型多端口SARM阵列组成

• 上图，读端口：A1/RD1、A2/RRD2；写端口：A3/WD3

• 只读存储器（ROM）
  • ROM以晶体管的存在与否来存储一位
  • ROM位单元

• 为了读这个单元，位线被缓慢拉至高电平。随后打开字线，如果晶体管存在，它将使位线为低电平，否则，位线将保持高电平
• 注意：ROM的位单元是组合电路，在电源关闭的情况下没有可以“忘记”的状态
• ROM的内容可以有电表示法来描述
  • 在行（字线）和列（位线）交叉的点表示此数据为1.
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