หน่วยความจำแบบเข้าถึงโดยสุ่มแบบคงที่ (SRAM) เป็นหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์แบบระเหยชนิดหนึ่ง หรือเรียกสั้นๆ ว่า SRAM ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ บทความนี้จะกล่าวถึงลักษณะเฉพาะ ข้อดี ข้อเสีย และการใช้งานของ SRAM

บทความนี้จะกล่าวถึงประวัติความเป็นมาของ SRAM สถาปัตยกรรมในการทำงาน และเปรียบเทียบกับหน่วยความจำประเภทอื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพรวมที่ครอบคลุมเกี่ยวกับเทคโนโลยีหน่วยความจำที่มีราคาแพงแต่มีความเร็วสูงนี้

SRAM คืออะไร?

SRAM ย่อมาจาก Static Random Access Memory เป็นหน่วยความจำแบบเซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่ง SRAM ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในไมโครโปรเซสเซอร์ แอปพลิเคชันการคำนวณทั่วไป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ SRAM เป็นหน่วยความจำแบบระเหยได้ หมายความว่าข้อมูลที่เก็บไว้จะถูกลบเมื่อปิดเครื่อง SRAM สร้างขึ้นจากฟลิปฟลอป โดยแต่ละฟลิปฟลอปประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 4-6 ตัว เมื่อฟลิปฟลอปเก็บข้อมูลบิตหนึ่ง มันจะเก็บบิตนั้นไว้จนกว่าจะเก็บข้อมูลบิตตรงข้าม ประวัติของ SRAM

วิศวกร จอห์น ชมิดต์ คิดค้น SRAM ขึ้นในปี 1964 ที่บริษัทแฟร์ไชลด์ เซมิคอนดักเตอร์ส SRAM รุ่นแรกมีขนาด 64 บิต และใช้ทรานซิสเตอร์ MOS แบบ p-channel

อินเทลได้เปิดตัวชิป Intel 1101 SRAM ขนาด 256 บิตตัวแรกในปี 1969 ห้าปีหลังจากที่คิดค้นชิปชนิดนี้ขึ้นมาได้ แต่ชิปตัวนี้ใช้สถาปัตยกรรม Schottky TTL (Transistor-Transistor-Logic) ในการสร้าง

ชิป SRAM รุ่นแรกๆ ผลิตโดยใช้เรซินเซรามิก แต่ปัจจุบัน SRAM ถูกรวมเข้ากับ CPU โดยตรงเพื่อการประมวลผลที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

คุณสมบัติ

• การจัดเก็บข้อมูลแบบคงที่: ข้อมูลจะถูกจัดเก็บแบบคงที่ใน SRAM และไม่จำเป็นต้องรีเฟรชเหมือนกับ DRAM
• นี่คือหน่วยความจำแบบเข้าถึงโดยสุ่มชนิดหนึ่ง: SRAM เป็นหน่วยความจำแบบเข้าถึงโดยสุ่ม หน่วยความจำแบบเข้าถึงโดยสุ่มเป็นหน่วยความจำประเภทหนึ่งที่อนุญาตให้เข้าถึงข้อมูล (อ่าน/เขียน) แบบสุ่ม (หมายความว่าสามารถเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำใดก็ได้) โดยไม่คำนึงว่าเคยเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำใดมาก่อน
• วงจรนี้ใช้ฟลิปฟลอปในการจัดเก็บข้อมูล: โดยแต่ละฟลิปฟลอปประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 4-6 ตัว
• SRAM ถูกใช้เป็นแคชใน CPU เนื่องจากมีความเร็วสูงกว่าและสามารถจัดเก็บข้อมูลแบบคงที่ได้

เอื้ออำนวย

• การเข้าถึงและการดำเนินการต่างๆ เช่น การอ่านและการเขียน จะเร็วขึ้น
• สามารถเข้าถึงข้อมูลได้แบบสุ่ม
• มันถูกใช้เป็นแคช
• ไม่จำเป็นต้องรีเฟรชข้อมูล เนื่องจากข้อมูลถูกจัดเก็บแบบคงที่
• มีอัตราการใช้พลังงานปานกลาง ใช้พลังงานน้อยกว่า DRAM

ข้อเสีย

• มันแพงนะ
• หน่วยความจำชนิดนี้ไม่เสถียร หมายความว่าข้อมูลจะสูญหายหากไม่ได้เปิดใช้งานหน่วยความจำ
• มีพื้นที่จัดเก็บข้อมูลน้อย
• ไม่สามารถรีเฟรชโปรแกรมได้
• มันมีดีไซน์ที่ซับซ้อนกว่าและมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับ DRAM
• มันช่วยลดความหนาแน่นของหน่วยความจำ

ตัวอย่างของ SRAM

1. หน่วยความจำแคช:

1. หน่วยความจำแคช L1, L2 และ L3 ในซีพียู
2. การแคช GPU

2. ลงทะเบียนไฟล์ในโปรเซสเซอร์

3. ความจุหน่วยความจำน้อยในไมโครคอนโทรลเลอร์

สถาปัตยกรรมการทำงานของหน่วยความจำ SRAM แบบบิตเดียว

เซลล์หน่วยความจำ SRAM แบบบิตเดียวโดยทั่วไปประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หกตัวที่จัดเรียงในรูปแบบเฉพาะ ต่อไปนี้คือคำอธิบายพื้นฐานเกี่ยวกับส่วนประกอบและการทำงานของมัน:

ส่วนประกอบหลักของระบบจัดเก็บข้อมูล:

• วงจรอินเวอร์เตอร์แบบครอสโอเวอร์ 2 วงจร (รวม 4 ทรานซิสเตอร์)
• พวกมันประกอบกันเป็นกลไกการล็อกที่สามารถเก็บค่า 0 หรือ 1 ได้

ทรานซิสเตอร์แบบเข้าถึง:

• ทรานซิสเตอร์เพิ่มเติมอีกสองตัว
• ใช้สำหรับอ่านหรือเขียนข้อมูลไปยังตำแหน่งหน่วยความจำ

เส้นทางบิต:

• สองสาย (BL และ BL')
• ใช้สำหรับอ่านและเขียนข้อมูล

ข้อความ:

• หนึ่งบรรทัด (WL)
• ใช้สำหรับเปิดใช้งานทรานซิสเตอร์เข้าถึง

งาน:

• วิธีการเขียน: ป้อนค่าที่ต้องการลงในบิตไลน์ และเปิดใช้งานเวิร์ดไลน์
• วิธีอ่าน: คำสั่ง line ถูกเปิดใช้งาน และค่าที่บันทึกไว้จะส่งผลต่อ bit lines

สรุป

หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ชนิดที่ระเหยง่ายที่สุดที่มีอยู่ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเรียกว่า SRAM หรือ Static Random Access Memory จอห์น ชมิดต์ คิดค้น SRAM ในปี 1964 ฟลิปฟลอปมีทรานซิสเตอร์ 4 ถึง 6 ตัวที่เก็บข้อมูลแบบคงที่ในเซลล์หน่วยความจำ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีรอบการรีเฟรชเพื่อคงข้อมูลไว้ คุณลักษณะหลักของ SRAM คือเวลาในการเข้าถึงที่เร็วขึ้น ทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูลแบบสุ่มและใช้แคชของ CPU ได้

อย่างไรก็ตาม แม้ว่า SRAM จะมีข้อดีในด้านความเร็วและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเหนือกว่า DRAM แต่ข้อเสียของมันก็ได้แก่ ต้นทุนที่สูงกว่า ความจุในการจัดเก็บข้อมูลที่ต่ำกว่า และความไม่เสถียร SRAM ถูกนำไปใช้ในแคชของ CPU, แคชของ GPU, ไฟล์รีจิสเตอร์ของไมโครโปรเซสเซอร์ และไมโครคอนโทรลเลอร์ สถาปัตยกรรม SRAM มาตรฐานประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หกตัว ซึ่งประกอบเป็นเซลล์จัดเก็บข้อมูลที่มีทรานซิสเตอร์สำหรับเข้าถึงและสายบิต/เวิร์ดสำหรับการอ่าน/เขียนข้อมูล