SRAM und Flip-Flops

Ich lerne noch, aber diese Frage nervt mich. Endlich verstehe ich, wie Flip-Flops funktionieren und wie damit Schieberegister und dergleichen gepflegt werden.

Von der Wiki-Seite: "Jedes Bit in einem SRAM ist auf vier Transistoren gespeichert"

Warum vier? SRAM ist eine Reihe von Latches (oder Flip-Flops) korrekt? ...... Flip-Flops haben nur zwei richtige Transistoren? Es sei denn, ich bin verwirrt, was ich sein könnte?

Ich habe natürlich das Schema eines Flip-Flops gesehen (mit NAND-Gates und so)? Aber NAND-Gatter benötigen mehr als einen Transistor, um gebaut zu werden. Ich habe jedoch Beispiel-Flip-Flops (mit LEDs) mit nur 2 Transistoren gesehen.

Wie Sie sehen, bin ich etwas verwirrt. SRAM sagt, es braucht 4 Transistoren, um ein bisschen zu speichern ... aber ich habe gesehen, dass 2 Transistoren einen Zustand speichern (was ich als ein bisschen betrachten könnte) und NAND-Gate-Flip-Flops (die sicherlich mehr als 1 benötigen Transistoren, um ein NAND-Gatter zu machen?

Ich denke jedoch an normale bipolare Sperrschichttransistoren, und nach weiterem Lesen scheint es, dass "die meisten" SRAMs FETs verwenden ... hätte das einen Unterschied, wie sie aufgebaut sind?

Sie müssen Transistoren und Gates getrennt halten.

Vier Transistoren sind nicht schlecht, um ein bisschen Daten zu speichern. Wenn Sie ein paar Gatter verwenden würden, würden Sie mindestens 8 benötigen. (Ein NAND-Gatter mit 2 Eingängen besteht aus 4 Transistoren.) Eine SRAM-Zelle besteht im Grunde aus zwei Invertern, die hintereinander geschaltet sind, so dass einer den Pegel des andere lebendig. Ein Wechselrichter besteht aus 2 Transistoren, das sind also insgesamt 4.

Tatsächlich ist es möglich, noch weniger Hardware zum Speichern eines Bits zu verwenden, und genau das macht DRAM: Es speichert ein bisschen als Spannungspegel in einem Kondensator. Dies bedeutet, dass Sie in einem Quadrat-mm-DRAM viel mehr Daten erhalten können als in einem SRAM. Leider leckt die Kondensatorspannung ab, so dass der DRAM kontinuierlich aktualisiert werden muss.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine 1-Bit-Speicherzelle herzustellen. Diejenigen, die mit aktiver Logik implementiert sind, sind jedoch alle auf die eine oder andere Weise Verstärker mit positiver Rückkopplung. Wie Sie bereits erwähnt haben, kann dies mit zwei Transistoren und einigen Widerständen erfolgen:

Schauen Sie sich das genau an und Sie werden sehen, dass es zwei stabile Zustände hat, entweder Q1 ein oder Q2 ein. Es hat jedoch auch einen erheblichen Nachteil, nämlich dass es kontinuierlich Strom zieht. Die Widerstände können ziemlich hoch gemacht werden, aber es gibt immer noch viele, viele Bits auf einem modernen statischen RAM-Chip und die Ströme für jedes Bit würden sich summieren.

Der grundlegende CMOS-Wechselrichter zieht keinen Strom (mit Ausnahme kleiner Leckagen), wenn er sich in einem der beiden Zustände fest befindet. Dies ist eine einfache Zwei-FET-Schaltung. Ein PFET kann hoch und ein NFET niedrig ziehen. Die Gates sind miteinander verbunden und die Schwellenwerte so eingestellt, dass nur einer der beiden FETs eingeschaltet ist, wenn die Gates vollständig hoch oder vollständig niedrig sind. Ein Wechselrichter liefert jedoch keine positive Verstärkung. Dies kann durch die Verwendung von zwei Wechselrichtern hintereinander gelöst werden. Zwei Wechselrichter hintereinander erzielen eine positive Verstärkung. Wenn die beiden Wechselrichter in einer Schleife verbunden sind, haben sie zwei stabile Zustände. Einer ist hoch und der andere niedrig, aber die Schaltung ist sowohl im High-Low- als auch im Low-High-Zustand stabil. Da ein CMOS-Inverter wie oben beschrieben nur aus zwei FETs besteht, besteht diese Speicherzelle aus 4 FETs mit dem großen Vorteil, dass sie keinen Strom nimmt, wenn sie nicht schaltet. Wie Steven sagte, Vier CMOS-FETs pro Bit sind gar nicht so schlecht. Alles ist ein Kompromiss.

CMOS UND-Gatter erfordern 4 Transistoren (das Minimum) für das Gatter mit 2 Eingängen.

Sie können in der Widerstandstransistorlogik auf 2 heruntergehen:

Für Register gibt es viele Topologien, aber die einfachste erfordert mindestens einen Ring mit zwei Invertern, also 4 Transistoren plus Schreibpuffer, also ungefähr 8 Transistoren.

SRAM benötigt 4 Transistoren im kleinsten einfachsten Design (Widerstandstransistor, aber die Widerstände sind weitaus größer als die Transistoren in der MOS-Technologie), 6 für eine vollständige MOS-Zelle. Sie können jedoch einen 1-Transistor-DRAM verwenden, indem Sie einen Kondensator verwenden, um den Wert zu speichern. Aber das ist wieder dynamische Logik und es ist die höchstmögliche Integration.

Schaltungen, die Transistoren, Widerstände und Kondensatoren verwenden, können mit viel weniger Transistoren auskommen als Schaltungen, die nur Transistoren verwenden. In Zeiten diskreter Komponenten würde das Ersetzen eines Transistors durch einen Widerstand Kosten sparen. Widerstände sind jedoch schrecklich ineffizient und kosten in Implementierungen mit integrierten Schaltkreisen tatsächlich wesentlich mehr als Transistoren. Viele Anwendungen, die sie verwenden würden, könnten Stromquellen ersetzen, die zwar nicht ganz so teuer, aber in Bezug auf Energie schrecklich ineffizient waren.

Wenn Sie ein wenig Information ohne nennenswerten Stromverbrauch speichern möchten, ist die kompakteste Methode die Verwendung von zwei Wechselrichtern, für deren Speicherung mindestens vier Transistoren erforderlich sind. Da das Halten von Informationen im Allgemeinen nur dann nützlich ist, wenn man überhaupt die Möglichkeit hat, sie bereitzustellen, fügt eine SRAM-Zelle der Vier-Transistor-Zelle eine zusätzliche Logik hinzu, um den Zugriff darauf zu ermöglichen. Um die Dinge "sauber" ohne Buskonflikte zu schalten, wären vier zusätzliche Transistoren erforderlich. In der Praxis ist es im Allgemeinen möglich, mit zwei eine akzeptable Leistung zu erzielen.