17、深入了解DRAM：从单元到芯片的工作原理

深入了解DRAM：从单元到芯片的工作原理

在计算机的主内存领域，SRAM和DRAM是两种重要的存储类型。下面我们将详细探讨它们的结构、工作原理以及相关操作。

1. SRAM与DRAM概述

• SRAM单元 ：SRAM（静态随机存取存储器）单元使用双稳态元件来存储一位信息。它由一个双稳态元件和两个访问nMOS晶体管组成，这些晶体管在读写操作中作为开关，用于控制双稳态元件的状态。由于SRAM能够无限期存储信息且速度快，因此常用于实现微处理器中的高速缓存和寄存器。
• DRAM单元 ：DRAM（动态随机存取存储器）是所有计算机使用的主内存。为了在每个芯片上封装更多位，DRAM单元仅由一个MOS晶体管（T）和一个存储电容（C）组成。与SRAM不同，DRAM将其内容以电荷的形式存储在电容C上，这使得DRAM单元比SRAM单元小得多。

2. DRAM单元的基本操作

• 存储原理 ：晶体管T作为存储电容C和位线BL之间的开关。电容的一个节点连接到Vdd/2。如果电容存储“1”，则电容两端的电压为+Vdd/2；如果存储“0”，则为 -Vdd/2。存储在电容中的电荷Q等于电容C乘以电容两端的电压，即$Q = C × V_{dd}/2$。例如，在90nm DRAM工艺技术中，DRAM存储单元的电容为30fF，假设$V_{dd} = 3.3V$，则$Q = 30fF × 3.3V/2 = 34.5fC$。由于一个电子的电荷量为$1.6×10^{-19}C$，所以存储电容仅存储约210000个电子。尽管晶体管在关闭