SRAM

Durağan Rastgele Erişimli Bellek (İngilizce: Static Random Access Memory), yarı-iletken bir bellek türüdür.

Durağan (“static”) kelimesi, sürekli tazelenmesi gereken devingen RAM’in (DRAM) aksine, belleğe güç verildiği sürece belleğin içeriğini koruduğunu belirtir (Bununla beraber, SRAM, salt okunur bellek ROM ve flaş bellek ile karıştırılmamalıdır).

Rastgele Erişim (“Random access”) hafızanın içerdiği konumlara, daha önce erişilmiş olan konumlara bakılmaksızın erişilebileceğini yani yazılıp okunabileceğini belirtir.

SRAM içindeki her bit; her biri, iki adet çapraz eşlenmiş tersleyici(inverter) oluşturan transistörlerden dört tanesi üzerine kurulmuştur. Bu hafıza hücresi(bit), genelde “1” ve “0” ifade etmek için kullanılan iki durağan duruma sahiptir. İki adet fazladan erişim (access) transistörü, okuma ve yazma işlemleri sırasında hafıza hücresine erişimi denetlemek üzere hizmet verirler. Bir hafıza hücresini (bit) saklamak için özellikle altı adet MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) gerekmektedir. (4: okuma-yazma 2: erişim)

Bakışımlı (simetrik) devre yapısı bir hafıza konumdaki değerin DRAM’e göre çok daha hızlı okunmasına olanak tanır. SRAM’in daha hızlı olmasını sağlayan, DRAM’le arasındaki bir başka fark ise tüm adres bitlerini bir kerede alan özel çiplerdir. Buna karşılık DRAM’lerin sahip olduğu yarar iki yarım parça halinde çoklanmış adresler kullanmasıdır. İki parça halinde çoklanması demek aynı paket içerisindeki pinler üzerinde, boyutları ve maliyeti düşürmek üzere küçük değerli bitlerin yüksek değerli bitleri izlemesi demektir.

SRAM, synchronous (zamanuyumlu) DRAM anlamında olan SDRAM ile karıştırılmamalıdır. SDRAM tamamen SRAM’den farklıdır. Ayrıca pseudostatic (pseudo: yalancı static: durağan) RAM (PSRAM) denen, kendini SRAM’miş gibi maskeleyen DRAM’le karıştırılmamalıdır.

Tasarım

Random Access; son erişilen bellek yeri önemsenmeksizin, bellek içindeki yerlerin herhangi bir sırada yazılabilmesi veya okunabilmesi demektir.

Rastgele erişimli bellek içindeki her depo hücresi, her biri iki transistörden oluşan iki çapraz bağlı evirici ile gerçeklenebilir. Bu depo hücresi, 0 ve 1'i göstermek için kullanılan iki kararlı duruma sahiptir.

İki ek erişimsel transistör, okuma ve yazma işlemleri boyunca depo hücresinde erişimi kontrol etmeye yardımcı olur. Bu yüzden tek bir parça bellek depolamak için tipik olarak 6 tane MOSFET alır. Hücreye erişim, [BL] ve BL, iki line-bit‘e bağlanıp bağlanmaması gerekmediğini içe doğru kontrol eden M5 ve M6, iki erişim transistorünü kontrol eden (örnek WL) word-line tarafından sağlanır. Bunlar hem okuma hem de yazma işlermleri için bilgi transferinde kullanılırlar. İki line-bit’e katı bir biçimde sahip olması gerekli değilken hem işareti hem de ters sonucu, noise margins’i (gürültü tolerans payı) geliştirdiğinden, tipik olarak sağlanır.

Okuma erişimi boyunca, line-bit’ler RAM hücresi içinde tersleyiciler tarafından aktif olarak yüksek ve alçak olarak sürdürülür. Bu işlem, DRAM’lere nazaran SRAM hızını arttırır. Line-bit’ler depo kapasitecileriyle bağlanır ve şarj paylaşımı, line-bit’lerinin aşağı yukarı sallanmasına neden olur. SRAM’lerin simetrik yapısı, ayrıca daha kolay incelenebilen küçük voltaj oluşturan, farklı işaretlemelere izin verir. m yolu ve n data-line ile bir SRAM’ın boyutu, 2m words ya da 2m ×n bit’dir.

SRAM işleyişi

Bir SRAM, üç ayrı durumda incelenir: yedek(devre işlemiyorsa), okuma (bilgilerin istendiği), yazma(içeriği güncelliyorken). Bu 3 durumu şu şekilde gerçekleştirir:

Beklemede

Eğer word-line öne sürülmüyorsa, erişim transistorleri M5 ve M6 bit-line’lardan hücreye bağlanmaz. M1-M4 tarafından şekillenen 2 cross-couplet tersleyicilerin dış dünyayla bağlantısı kesildiğinde de, birbirlerini desteklemeye devam edeceklerdir.

Okumada

Sanılır ki; bellek içeriği Q’da depolanan 1’dir. Okunan devre şarjetme öncesi her iki bit-line tarafından başlatılır. Değerler Q’da depolandığında, 2. adım gerçekleşir. [Q], BL ayrılarak bit-line’a transfer edilir. BL tarafında, M4 ve M6 transistörleri, bit-line’ı, VDD’ye çeker. Eğer bellek içeriği sıfır olursa, tam tersi yaşanır ve [BL], 1’e doğru çekilir.

eleman 1
eleman 2
eleman 3 (DRAM’den biraz daha pahalıdır; fakat daha hızlı ve oldukça az güce ihtiyaç duyar. Bu yüzden, hız, güç ve her ikisi açısından tercih edilir. Ayrıca SRAM’i kontrol etmek daha kolaydır ve genellikle diğer modern DRAM türlerinden, daha doğru bir random access’e ulaştırır. Daha karmaşık bir iç yapıya sahip olduğundan SRAM, DRAM’den daha az yoğundur ve bunun için kişisel bilgisayarların ana belleğindeki gibi düşük maliyetli uygulamalar, yüksek kapasite için kullanılmaz.)

Uygulamalar ve kullanımları

Saat hızı ve gücü

SRAM’ın güç tüketimi ne sıklıkta erişildiğine bağlı olarak bir çeşitlilik gösterir; sıkça kullanıldığında ve bazı IC’ler full hızda birçok watt harcadığında, dinamik RAM kadar güce ihtiyacı olabilir. Diğer bir yandan RAM daha yavaş bir tempoda kullanılır (tıpkı mikro işlemcilerde yapılan uygulamalardaki gibi).

Statik RAM öncelikle;

Genel amaç ürünüdür.
Asynchronous olanlar (28 pin 32k×chips ve 16m bitlik benzer ürünlerdir.)
Synchronous olanlar (genellikle caches ve burst transferi gerektiren diğer uygulamalar için kullanılır.) (18m bit[256k×72])
Chip’e entegre edilenler.
Mikrocontroller’daki cache veya RAM hafızası gibi (genellikle yaklaşık 32 bytes’tan 128 kilobytes’a kadar olanlar)
Mikro işlemcilerin içindeki ilk cacheler gibi (×86 grubu ve diğerleri)(8k2'dan birkaç megabyte'a kadar)
Belirli bir IC ve ASIC uygulamalarında (genellikle kilobyte sırasıyla)
FPGA ve CPLD’de (genellikle birkaç veya daha az kilobyte sırasıyla)

Yerleştirilmiş kullanımı

Endüstriyel ve bilimin alt sistemlerinin bazı kategorileri, otomative elektronik ve benzer sistemler static RAM içerir. Bazı miktarlar (kilobyte ve daha az) oyuncaklarda da pratik olarak kullanılır. Birkaç megabyte, cep telefonları, dijital kameralar…vb karmaşık yapıdaki ürünlerde de kullanılabilir.

Bilgisayarlarda

SRAM ayrıca kişisel bilgisyarlar, workstationlar, routerlar ve çevresel ekipmanlarda (iç CPU cache ve dış burst mode SRAM caches, hard disk tamponlar, router tamponlar..vb) Ayrıca LCD ekranlar ve yazıcılarda da gösterilen imgeyi tutan static RAM’ler kullanılır. Küçük SRAM tamponları CDROM’larda ve CDRW sürücülerinde bulunur. (genellikle 256k bytes veya daha fazlası, tek bir değer yerine blokları transfer eden track data kullanılır. Aynısını modem kablolarına ve bilgisayara bağlı benzer ekipmanlara uygular. CMOS-RAM olarak da adlandırılır. Fakat günümüzde daha sık EEPROM veya flaş bellek kullanımlarına uygulanır.)

Hobi olarak ilgilenenler

Hobi olarak ilgilenenler sıklıkla SRAM’i tercih eder. Güncellemeye gerek olmadığından, kullanımı DRAM’lerden çok daha basittir. Ayrıca SRAM genellikle 3 konrole gerek duyar: Chip Enable (Ce), Write Enable(WE) and Output Enable(OE).

SRAM Türleri

Transistör olarak

İki kutup bağlantılı (Bipolar Junction Transistör) (TTL ve ECL ‘de kullanılır) — Oldukça hızlıdır ama çok güç harcar.
(Metal Oksit Yarıiletkenli Alan Etkili Transistör) (CMOS’da kullanılır) — Düşük enerjili ve günümüzde yaygın olan bir türdür.

Fonksiyon olarak

Eşzamansız (Asychronous) — zamandan bağımsızdır; bilgi içi ve dışı geçiş (transition) tarafında kontrol edilir.
Eşzamanlı (Synchronous) — her an zamana göre çalışır. Bilgi ve diğer kontrol sinyalleri zaman sinyalleri ile beraber çalışır.

Özellik olarak

ZBT (sıfır veriyolu dönüşü) — zaman miktarı zaman devre sayısı kadardır.yazma-okuma ve okuma-yazma işlemlerinden SRAM’e ulaşımının değimesi kadar bir zaman alır.
syncBurst (senkron atış) — (syncBurst sram ya da synchoronous –burst SRAM)

Kaynakça