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什么是RAM?

RAM(Random Access Memory)中文是隨機存取存儲器。為什么要強調隨機存儲呢？因為在此之前，大部分的存儲器都是順序存儲（Direct-Access)，比較常見的如硬盤，光碟，老式的磁帶，磁鼓存儲器等等。隨機存取存儲器的特點是其訪問數據的時間與數據存放在存儲器中的物理位置無關。

RAM的另一個特點是易失性（Volatile),雖然業界也有非易失(non-volatile）的RAM，例如，利用電池來維持RAM中的數據等方法。

RAM主要的兩種類別是SRAM（Static RAM）和DRAM（Dynamic RAM）。

SRAM和DRAM的區別

SRAM的S是Static的縮寫，全稱是靜態隨機存取存儲器。而DRAM的D是Dynamic的縮寫，全稱是動態隨機存取存儲器。這兩者有什么區別呢？首先我們看看SRAM的結構，你可以網上搜索一下有很多資料介紹SRAM的，比較出名的是6場效應管組成一個存儲bit單元的結構：

工作原理相對比較簡單，我們先看寫0和寫1操作。

寫0操作

寫0的時候，首先將BL輸入0電平，（～BL）輸入1電平。

然后，相應的Word Line（WL）選通，則M5和M6將會被打開。

0電平輸入到M1和M2的G極控制端

1電平輸入到M3和M4的G極控制端

因為M2是P型管，高電平截止，低電平導通。而M1則相反，高電平導通，低電平截止。

所以在0電平的作用下，M1將截止，M2將打開。（～Q)點將會穩定在高電平。

同樣，M3和M4的控制端將會輸入高電平，因NP管不同，M3將會導通，而M4將會截止。Q點將會穩定在低電平0。

最后，關閉M5和M6，內部M1,M2,M3和M4處在穩定狀態，一個bit為0的數據就被鎖存住了。

此時，在外部VDD不斷電的情況下，這個內容將會一直保持。

下面通過動畫來觀察一下寫0的過程。

寫1操作

這里不再重復，大家可以自己推演一下過程。這里仍然提供寫1過程動畫。

讀操作

讀操作相對比較簡單，只需要預充BL和（~BL）到某一高電平，然后打開M5和M6，再通過差分放大器就能夠讀出其中鎖存的內容。

DRAM（Dynamic RAM）是指動態隨機存取存儲器。與SRAM最大的不同是，DRAM需要通過刷新操作來保持其存儲的內容。讓我們先來看看其一個bit存儲單元（Cell）的結構：

其核心部件是4號位的電容C，這個電容大小在pF級別，用來存儲0和1的內容。由于電容會慢慢放電，其保存的內容將會隨時間推移而慢慢消失。為了保證其內容的完整性，我們需要把里面的內容定期讀出來再填寫回去。這個操作稱為刷新操作（Refresh）。

其寫操作相對簡單：（我們以寫1為例）

當需要寫1的時候，先將BL（Bit Line）輸入高電平1，然后選中對應的Word Line（同一時間將只有一根WL被選中）,打開相應的MOS管，如圖中所示3號位。此時，外部驅動能力很強，通過一定的時間，4號位的電容將會被充滿。此時，關閉3號位的MOS管。內容1將在一定時間內被保存在4號位的電容中。寫0的操作與之相反，不同的是將4號位電容中的電荷通過Bit Line放光。然后關閉3號位的MOS管，鎖存相應數據。

而讀操作相對來說，較為復雜。我們可以觀察到4號位電容非常小，只有pF級別，而Bit Line往往都很長，上面掛了非常多個存儲單元（cell），我們可以通過5號位的電容來表示。所以當我們直接把3號位的MOS管打開，Bit Line上將基本看不到什么變化。

于是有人提出是否能夠采用放大器來放大4號位電容的效果。結構圖如下圖所示：

我們可以定Vref為1/2的VDD電壓，在讀取電容里數據之前，我們先將所有Bit Line預充1/2 VDD的電壓。然后，打開Word Line讓選中的電容連接到Bit Line上面，如果原本的內容是1，則Bit line的總電壓將會小幅攀升。否則，則會小幅下降。再通過差分放大器，將結果放大從而實現讀操作。

這套方案是可以工作的，但Bit Line的數量不能太大。否則會導致距離Vref供電處較遠的放大器Vref的值偏低，而導致差分放大器工作異常。同時，對于所謂的1/2 VDD預充，也存在不準的情況。

為了解決這個問題，有人提出，不如將原來的一根Bit Line設計成一對Bit Line，當其中一根Bit Line上的Cell被選中時，另一根Bit Line將不會有Cell被選中。從而沒有Cell被選中的Bit Line可以充當放大器的Vref輸入，其長度，負載以及寄生參數將會和另一根Bit Line十分一致，這樣一來，放大器的工作就更加穩定了。結構圖如下所示：