原创 RAM技术档案（连载之六）

半导体存储器：DRAM与SRAM各霸一方（IBM System/370，1972）

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磁芯存储器实现了随机存取，但我们现在所说的RAM并不是指磁芯存储器，而是指半导体RAM芯片。与磁芯存储器相比，半导体RAM芯片体积更小、速度更快，因此能够取代磁芯存储器，成为集成电路时代主流的存储技术，并沿用至今。

“站在巨人肩膀上”是牛顿的一句名言，RAM芯片的成功离不开下面两位巨人：贝尔实验室的威廉·肖克利，他于1947年发明了晶体管；另一位巨人是德州仪器公司的杰克·基尔比，他于1959年发明了集成电路。

1968年，富有智慧和冒险精神的年轻工程师罗伯特·诺伊斯、高登·摩尔和安迪·葛鲁夫三人从仙童公司跳槽成立了Intel公司，推出了容量为1KB的DRAM存储芯片Intel 1103（图18），随后这个新成立的公司又推出了世界上第一颗微处理器芯片Intel 4004（1971年）。

Figure 18a   surface of Intel 1103

Figure 18b  inside Intel 1103

半导体RAM芯片分为DRAM（Dynamic RAM，动态RAM）和SRAM（Static RAM，静态RAM）两大类。同为RAM，为什么会有“动态”和“静态”的区别呢？这要从头说起了。

动态RAM芯片采用“1T＋<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />1C”结构：由1只晶体管和1只电容器组成1个DRAM位元。作为具有商业价值的半导体存储器产品，Intel 1103对“1T＋1C”结构进行改进，变成“2T＋1C”结构（图19），其中Q1为行地址选择线、Q2为列地址选择线，当进行读写操作时，行、列选择线均为高电平，使Q1、Q2同时导通。如果写入数据为“1”，数据经Q2的源极到达漏极，并穿过Q1的源极和漏极，给电容Cs充电。如果写入数据“0”，则Cs放电。记忆在DRAM中的数据“1”需要Cs保持一定的电压值，而电荷泄漏会使电压值逐渐降低，因此DRAM电路需要一个刷新（refresh）电路，重复地DRAM进行读出和再写入，以使电容Cs泄放的电荷得到补充，才能保持记忆的信息不至于失效。因为存在刷新的过程，也才有了“动态”这个名称。刷新过程需要额外的刷新周期，因此对芯片速度会产生不利影响。

Figure 19  Compare SRAM  with DRAM

在SRAM（Static RAM，静态RAM）器件中，存储元（1位）由6只晶体管组成双稳态电路的形式，其中Q1和Q2构成触发器，Q3和Q4分别作为Q1和Q2的负载电阻。Q1截止而Q2导通时的状态称为“1”。相反的状态称为“0”。 写入时，写入数据使读/写线呈相应电平（例如写“1”时，读/写线1为高电平，读/写线0为低电平），再使选择线为高电平，于是触发器被置为相应的状态（写“1”时，置为“1”状态，即Q1截止Q2导通）。读出时，置选择线为高电平，使Q5和Q6导通，从读/写线输出原存的信息。

虽然SRAM速度较快，但制造相同容量的SRAM比DRAM的成本贵数倍，所以SRAM通常只用作CPU内部的高速缓存（Cache），而内存条上使用的存储器芯片都是成本较低的DRAM芯片。