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SRAM存儲�
閱讀�13886時間�2010-11-12 16:38:37

  SRAM是英文Static RAM的縮�,它是一種具有靜止存取功能的�(nèi)�,不需要刷新電路即能保存它�(nèi)部存儲的�(shù)�(jù)�

主板的操作確�

  對已完成的SRAM存儲器主板進行操作。在MSDOS模式下啟動,利用DEBUG指令,從D0000h開始試著進行�(shù)�(jù)的讀/寫操作。如果確認了主板能夠正常運行,則為各份電源連接器(CN2)提供電�,去掉個人計算機的電源,損耗電流在40μA左右。重新啟動MS-DOS模式,讀取剛才寫人的地址,因為能夠讀出所寫人的數(shù)�(jù),因而可知各份電源是起到了相應的作用的�

  由于從D0000h開始的領(lǐng)域為PC/AT的擴展BIOS�(lǐng)�,所�,如果SRAM上事先寫入了附加頭信息等的數(shù)�(jù),則在操作系�(tǒng)啟動前將被調(diào)�。在SRAM上安裝各種經(jīng)過仔細研究的程序進行試驗,你就會有非常有趣的�(fā)�(xiàn)�

  SRAM與閃速存儲器等不�,它的替換操作是非常簡單�,可以以1字節(jié)為單位進行替換,并且不需要替換時�。一旦拔掉電池數(shù)�(jù)將丟�,因而在實施ROM化之前的階段,可以進行各種各樣的實�,這是其方便之處�

主板的基本設(shè)�

  1.  地址緩沖�

  在提供給存儲器的SA0~SA15地址中加人緩沖器。緩沖器利用74LS244也可以,但因�741LS245布線簡單,所以通過74LS245可單向使��

  2.  �(shù)�(jù)緩沖�

  因為�(shù)�(jù)需要雙向進行,所以要利用74LS245進行接收。將柵極一直打�,通過對存儲器的讀信號來進行方向控制。本次我們采用將PLD上存儲器的讀信號�(shè)置為只在CS1有效時才輸出的方��

  3.  PLD(MEMDEC�

  LD應用于生成對存儲器的片選、DE以及WE信號�。片選信號是在刷新周期以外、當?shù)刂犯呶唬⊿A16~SA19)為Dh(將D0000h~DFFFFh�(shè)置在SRAM主板空間�、且BALE為低電平時被選擇的�

  將存儲器的讀/寫信號�(shè)置為當片選和SMEMR/SMEMW有效時輸��

  4.  各份電源的切�

  電池各份的重點在于電源切換和片選信號的控制。本次為了簡單起�,只單純獲取Vcc和電池(為CN2提供3.6V的電池)的二極管OR,但需要注意二極管正向電壓降。如果電源電壓比所提供的電壓低很多,則可能�(fā)生超出操作電壓或者輸入引腳的電壓高于電源電壓的情��

  5.  片選控制

  為了電池備份,必須使存儲器的片選信號無效。本次我們雖然只利用CE1進行控制,但為了保持較低的損耗電�,必須使CE1可保持與電源電壓相近的值(CY62l28為VCC-0.2V以上�。為了進行片選控制,將利用作為電源�(jiān)視IC的ADM708(模擬器件)�74HC系列的CMOS門組成電路�

  ADM708本來是CPU用于生成復位信號的器�,這種用于電源�(jiān)視的IC具有幾個種�,還包括用于SRAM的電池各份的電源切換電路及內(nèi)置片選控制功能的IC。利用這種IC的電路雖然非常簡�,但器件的價格有些高,這是其缺點所��

  我們本次利用的ADM708引腳配置以及�(nèi)部框圖如�1所�。電源的切換�(guān)鍵在于電源電壓下降到何種程度才能使之成為忽略主機信號的各份狀�(tài),由個別零部件進行這樣的控制是相當麻煩的�

ADM708的引腳配置與框圖

  �1 ADM708的引腳配置與框圖

  從框圖上可以明白,ADM708�(nèi)部具�4.40V�1.25V的生成電��4.40V的生成電路與Vcc相比�,增加了一個復位生成電�。當電源電壓低于4.40V�,RESET/RESET信號有效(RESET為高電平,RESET為低電平��

  電路的操作如�2所�。因為Vcc自身將逐漸降低,而RESET方面的輸出電壓也將隨之一塊降�,為此我們這次將利用RESET的輸�。當電源電壓超出ADM708的操作范圍時,為了確保低電平而增加下拉電�,由74HC14的施密特觸發(fā)器的柵極接受�74HC14以及下一階段�74HC32的電源引腳與SRAM的電源引腳公用�

備份電路的操作

  �2 備份電路的操�

  因此,如果ADM708的RESET為低電平,則74HC32的輸出引腳被強制為高電平,又因為SRAM的CE1無效,因而變?yōu)榇龣C狀�(tài)�

如何選擇最適用�

  SRAM(靜�(tài)隨機存取存儲器)是一種只要在供電條件下便能夠存儲�(shù)�(jù)的存儲器�,而且是大多數(shù)高性能系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部�。SRAM具有眾多的架�(gòu),各針對一種特定的應用。本文旨在對目前市面上現(xiàn)有的SRAM做全面評述,并簡要說明就某些特定用途而言,哪類SRAM是其選擇� SRAM從高層次上可以劃分為兩個大類:即同步型和異步型。同步型SRAM采用一個輸入時鐘來啟動至存儲器的所有事�(wù)處理(讀、寫、取消選定等)。而異步型SRAM則并不具備時鐘輸�,且必須�(jiān)視輸入以獲取來自控制器的命令。一旦識別出某條命令,這些器件將立即加以執(zhí)��

  同步SRAM家族分類

  與某一特定應用相適應的SRAM的選擇取決于多個因素,其中包括功率限制、帶寬要�、密度以及讀/寫操作模式等??蓾M足不同系�(tǒng)要求的同步型和異步型SRAM多種多樣,本文將逐一加以說明�

  各種同步型SRAM比較

  同步型SRAM于上個世紀80年代后期首度面市,最初是面向具有極高性能的工作站和服�(wù)器中的第二級(L2)高速緩沖存儲器應用。進入上個世紀90年代中期之后,它又在較為主流的應用(包括個人電腦中的第二級高速緩沖存儲器)中尋覓到了自己的用武之�。自那以后,在包括高性能�(wǎng)�(luò)在內(nèi)的眾多應用的�(shè)計中,同步型SRAM大行其道(在這些應用中,它們通常被用于數(shù)�(jù)緩沖�、高速暫存器、隊列管理功能和�(tǒng)計緩沖器��

  同步型SRAM又可以采用多種不同的架構(gòu)。下文將對某些“主流”的器件做簡要說明�

  1:標準同步型SRAM

  標準同步型SRAM是被“主流應用”所接納的種同步型SRAM。這些器件雖然主要面向PC L2高速緩沖存儲器應用,但也滲透到了非PC應用�(lǐng)域中,比如網(wǎng)�(luò)、電�、數(shù)字信號處理(DSP)以及醫(yī)療和測試�(shè)�。其�,標準同步型SRAM具有兩種基本格式:流水線型和直通型。兩者之間的差異是:直通型SRAM僅在輸入端上具有寄存�,當?shù)刂泛涂刂戚斎氡徊东@且一個讀存取操作被啟動時,數(shù)�(jù)將被允許 “直接流”至輸出�。當用戶對初始延遲的重要性考慮超過對持�(xù)帶寬的考究時,人們往往�(yōu)先采用直通型架構(gòu)?!傲魉€型”同步SRAM同時擁有一個輸入寄存器和一個輸出寄存器。流水線型SRAM所提供的工作頻率和帶寬通常高于直通型SRAM。因�,在需求較高寬帶,而對初始延遲不是很敏感時,人們常常優(yōu)先采用流水線型SRAM�

  2:NoBLTM(無總線延遲)型SRAM

  有些應用不允許“等待狀�(tài)”。比如網(wǎng)�(luò)應用中“等待狀�(tài)”有可能對性能�(chǎn)生嚴重的影響。為解決該問�,賽普拉斯公司推出了無總線延遲(NoBL)型SRAM。NoBL型SRAM與標準同步型SRAM很相�,但是擁有附加的片上邏輯電路,旨在完全消除標準同步型SRAM系列所需的“等待狀�(tài)�。通過消除這些“等待狀�(tài)�,此類SRAM能夠?qū)崿F(xiàn)100[%]的總線利用率(絲毫不受讀/寫模式的影響�。該功能極大地改善了存儲器性能,尤其是當存在頻繁的讀/寫操作變換時�

  NoBL型SRAM也存在兩種版本:直通型和流水線型。直通型NoBL SRAM始終具有一個單周期偏移,而NoBL流水線型SRAM則保持了一個雙周期偏移�

  3:四倍數(shù)�(jù)速率(QDRTM)型SRAM

  盡管推出了NoBL型架�(gòu)并使性能較之標準同步型SRAM有所改善,但某些系統(tǒng)對性能有著更高的要�。于�,賽普拉斯、Renesas、IDT、NEC和三星等幾家公司�(lián)合開�(fā)出了QDR型SRAM。QDR架構(gòu)旨在滿足那些要求低延遲且所需帶寬明顯高于NoBL型架�(gòu)提供能力的“高帶寬需求型”系�(tǒng)的需�� QDR型SRAM與NoBL型SRAM最為顯著的差異之一是前者的讀端口和寫端口是分開的。這些端口可獨立工�,并支持并行的讀和寫事務(wù)處理。QDR� SRAM能夠以DDR傳輸速率�2倍)來支持兩項同時出�(xiàn)的事�(wù)處理,四倍數(shù)�(jù)速率(QDR)的名稱便是由此得來��

  QDR型SRAM具有兩種基本類型:即2字脈沖串�4字脈沖串。這兩種類型之間的差異在于每項事務(wù)處理過程中所支持的脈沖串長度�

  4:QDR-II型SRAM

  QDR- II型SRAM與QDR型SRAM相似,但在性能方面進一步提�。與相同頻率的QDR型器件相�,QDR-II型SRAM所�(chǎn)生的總數(shù)�(jù)有效窗口面積大了 35[%]左右。另�,QDR-II型SRAM�(chǎn)品還比QDR型器件多了一個半延遲周期。這增加的半個時鐘周期可在對初始延遲影響極小的情況下提供高得多的頻率和帶��

  5:DDR型SRAM

  如果QDR型SRAM面向的是具有平衡讀/寫模式的應用,DDR型SRAM架構(gòu)則主要針對那些需要進行�(shù)�(jù)流式傳輸(例�,后隨多項寫操作的多項讀操作�、且所需帶寬遠遠高于標準同步型器件或NoBL型器件的應用。DDR型SRAM具有出眾的整體總線利用率以及高得多的總帶�,性能也因此得到了限度的提��

  和QDR型SRAM一樣,DDR型SRAM也有兩種格式:即2字脈沖串�4字脈沖串。究竟選擇哪一種取決于所需的數(shù)�(jù)顆粒度以及存儲器的數(shù)�(jù)總線寬度�

  各種異步型SRAM比較

  第二大類SRAM為異步型SRAM。那些不具備時鐘輸入的SRAM便是異步型的。在這些器件�,讀操作和寫操作將在器件接收到指令之后立即被啟動�

  采用異步型SRAM的優(yōu)點之一是它們擁有長達幾十年的使用歷史并已為人們所充分了解。由于異步型SRAM已經(jīng)面市很久�,因此許多標準處理器都包含了�(yè)已配備異步型SRAM接口的存儲控制器,從而限度地減少了所需的設(shè)計工作量。異步型SRAM的典型存取時間為8ns(或更長�。因�,它們一般應用于時鐘頻率�100MHz(或更低)的系統(tǒng)�。異步型SRAM可被進一步劃分為兩種主要類別:即快速異步型SRAM和低功耗異步型 SRAM(MoBLTM)�

  1:快速異步型SRAM

  存取時間�35ns(或更短)的異步型SRAM可被歸類為“快速”異步型SRAM。這些存儲器通常應用于老式系統(tǒng)�,且功耗較高(1/2W或更高是司空見慣的)。其典型應用包括老式PC L2高速緩沖存儲器、高速暫存器以及工業(yè)應用中的緩沖存儲��

  2:MoBLTM低功耗異步型SRAM

  有些應用(例如移動電話)對功耗的�(guān)注程度要超過對性能的關(guān)注程�。因�,制造商(比如賽普拉斯公司)推出了功耗極低的SRAM系列。賽普拉斯的 MoBL(意指“更長的電池使用壽命”)低功耗異步型SRAM�(chǎn)品庫匯集了多款典型存取時間約�40ns(或更長)并專為實現(xiàn)低功耗而優(yōu)化的器件。典型待機功耗可低至10μW(或更低�,而運行功耗則可低�30mW(或更低�。這些器件的存儲密度各異,�64Kb�16Mb一應俱��

  偽SRAM(亦即PSRAM�

  如果需�16Mb以上的存儲密�,則PSRAM(或稱偽PSRAM)是一種可行的解決方案。所謂偽SRAM是指一種具有一個DRAM存儲器內(nèi)核和一� “SRAM型”接口的存儲器件。由于PSRAM使用了一個DRAM�(nèi)�,因而也需要進行周期性的刷新,以便保存數(shù)�(jù)。但不同的是,標準DRAM的刷新控制是在器件外部進行�,而PSRAM則具有一個“隱式”刷新電路,這使得它們能夠被容易地用作其他異步型SRAM的存儲密度升級型器件�

  �(jié)�

  在選擇SRAM�,您會面對眾多的選擇方案。在某些場合,選擇是有限�。許多已�(jīng)確立了自己穩(wěn)固地位的處理器都包含了支持特殊SRAM架構(gòu)的存儲控制器。新型處理器的設(shè)計則更靈�。為了決定的可選方案,至�(guān)重要的是確定存儲器子系統(tǒng)(即兆比特每�、初始延遲、運行功�、待機功耗、成本等等)的優(yōu)先級以及系統(tǒng)的工作特性(讀/寫操作模�、工作頻率等等)�

  �(wǎng)�(luò)應用往往具有接近50/50的讀/寫模�,它適合于采用QDR系列的解決方�。其他應用(甚至是同一個系�(tǒng)�(nèi)的功能電路)則往往具有不平衡的讀/寫模�,這就適合于采用公共I/O架構(gòu),包括標準同步型、NoBL型和DDR型�

  另有一些系�(tǒng)要求可能的功�,以便延長電池的使用壽命,可選用的方案分別為MoBL型SRAM和PSRAM�

市場求變�

  靜態(tài)隨機存取存儲�(SRAM)多年來被廣泛應用于各種場�。凡是需要快速存取數(shù)�(jù)的應�,特別是在要求初始存取等待時間很短的情況�,都會考慮使用SRAM,這已�(jīng)成為一個常�。歷史上SRAM存儲器市場曾�(jīng)幾度起伏,大多數(shù)時�,整個市場需求量會因為一個新的SRAM應用而暴�。例如,1995年P(guān)C快速增長的時�,SRAM作為CPU的緩�,因而其需求量大幅增長�1999年網(wǎng)�(luò)市場,以�2003年手機市場的暴發(fā),也使SRAM存儲器市場出�(xiàn)了同樣的情況�

  然而,在過去的幾年�,SRAM存儲器市場由于種種原因急劇萎縮。市場調(diào)查數(shù)�(jù)顯示,SRAM存儲器市場容量已�2000年的60億美元縮小到目前的十億美元。市場容量的縮減也導致了供應商格局的變化,使得各廠商的SRAM部門收入增長潛力受到限制。這些廠商中很多是價值幾十億美元的公�,他們對市場容量更大的產(chǎn)品比較有興趣。在過去�2�3年里,我們已�(jīng)看到美光、摩托羅拉、IBM、東�、三�、NEC、瑞薩全部或部分退出了SRAM存儲器市��

  基于這種�(xiàn)狀,人們不禁要問:SRAM會不會徹底死�?我們相�,答案是否定�。從技�(shù)的角度來�,與競爭技�(shù)(例如SDRAM甚至RLDRAM)相比,SRAM仍然具有最短的初始存取等待時間。而其他產(chǎn)品的初始存取等待時間很難做到5個周期以�(nèi),而在SRAM的許多典型應用中,超過三個周期的等待就是不可接受的了,特別是�(wǎng)�(luò)和電信應用領(lǐng)�。另一方面,由于重新進行系統(tǒng)�(shè)計的高額成本,很多老的�(shè)計仍在使用SRAM并會繼續(xù)使用相當長的一段時��

  過去幾年中,SRAM供應商也針對不同應用需求開�(fā)了很多不同種類的SRAM。例�,高端網(wǎng)�(luò)�(shè)備需要很高速度的同步SRAM來為各類系統(tǒng)提供G級帶�。我們相信高速和超高速SRAM未來還將繼續(xù)�(fā)展。這一�(qū)動力源自于電信應用領(lǐng)�?qū)Ω哳l率的同步SRAM的持�(xù)需�。時鐘速度已經(jīng)�66Mhz提高到了300Mhz。為了向客戶提供更多的帶�,同步SRAM�(chǎn)生了很多不同的架�(gòu),包括NoBL(無總線等待時�),QDR(四倍數(shù)�(jù)�),QDRII,以及現(xiàn)在的QDRII+。作為SRAM存儲器市場的,賽普拉斯發(fā)起創(chuàng)立并從一開始起就是QDR�(lián)盟的成員。賽普拉斯還是個提�72M Sync/NoBL � QDR SRAM的供應商,這是世界上的SRAM。隨著網(wǎng)�(luò)系統(tǒng)對帶寬和速度的持�(xù)推動,SRAM已成為高端網(wǎng)�(luò)系統(tǒng)中重要的支持元件�

  SRAM的另一分支是異步SRAM。這類SRAM不像同步SRAM那樣依靠時鐘輸出�(shù)�(jù),而是在某一特定時間�(nèi)保證讀寫數(shù)/�(jù)。最老一代的SRAM是快速異步SRAM,速度一般在10ns~20ns。這些SRAM廣泛應用于DSL、IP電話、BTS、VOIP、開�(guān)、醫(yī)療系�(tǒng)、打�/傳真�、汽車導航系�(tǒng)等等??焖佼惒絊RAM的供應商包括賽普拉斯、三星和瑞薩。然�,作為“長壽”策略的一部分,只有賽普拉斯保持了最豐富的產(chǎn)品線。賽普拉斯至今仍向客戶供�4Kb SRAM,這一�(chǎn)�20年前就投�(chǎn)��

  異步SRAM的另一分支是低功耗SRAM。他們通常具有較低的訪問速度,Taa�55ns�70ns。這類SRAM將功�,特別是待機電流(Isb1, Isb2)降到了,以滿足移動設(shè)備的要求。典型的Icc可以達到1mA且Isb1/Isb2降到1uA的水�。這類存儲器在手機、消費電子、汽�、POS、打印機、醫(yī)療設(shè)備等�(lǐng)域有著廣泛的應用。在各類低功耗SRAM存儲器市場中,賽普拉斯的MoBLTM(更長電池壽命)SRAM鶴立雞群,因其能在保持Isb2的同時達�45ns的Taa�

  在的三個微功耗SRAM供應商中,三星最近退出了市場。瑞薩仍然保持著�(xiàn)有產(chǎn)品的供貨,但是沒有跡象表明他們會擴充其目前產(chǎn)品線。還在更新技�(shù)平臺上開�(fā)新產(chǎn)品的供應商就是賽普拉斯,而且還保持著該領(lǐng)域最寬的�(chǎn)品線,這使得賽普拉斯成為這些細分市場中的一線供應商,并在過去的幾個季度中引發(fā)了市場的重新洗牌。我們期待缺貨和價格上漲能夠為二線供應商帶來利益,并催生異步SRAM存儲器市場的新玩�。然�,對于二線和新供應商而言,這仍然是一場艱苦的攻堅�(zhàn),因為存儲器生意需要規(guī)模和長時間的學習�(jīng)�。另一方面,隨著賽普拉斯將90nm技�(shù)應用于微功耗SRAM,客戶正在積極地向新的技�(shù)�(zhuǎn)�。對于新客戶,這實際上是一個好機會,可以直接采用賽普拉斯的90nm技�(shù)并享受其容量和成本優(yōu)��

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