存储器及存储器阵列
存储器阵列（memory array）
存储：数字系统需要存储器（memory）来存储电路使用过的数据和生成的数据，使用触发器组成的寄存器是一种存储少量数据的存储器；此外还有可以有效存储大量数据的存储器阵列。
存储器概述
组成：图5-38是存储器阵列的通用电路符号。存储器由一个二维存储器单元阵列构成。存储器可以读取或者写入内容到阵列的一行，每行数据称 为一个字（word）。对于一个N位地址和M位数据的存储器阵列，包含了2N个M位字。
阵列的行与列：为阵列的深度（depth），行由地址（address）指定；列数为宽度（width），读出或写入的值为数据（data）。阵列的大小是depth×width。
样例：图5-40为一个1024字×32位的存储器阵列，地址数为10，字为32位，阵列大小为32Kb。
位单元（bit cell）
作用：存储器阵列由位单元的阵列组成。每个为单元存储一位数据，并通过一条字线（wordline）和一条位线（bitline）与外部相连。
读位单元：位线初始化为浮空（Z），字线打开为高，允许存储的值驱动位线为0或1；
写位单元：位线被强制驱动为期望的值，并将对应的字线打开为高，将位线连接至存储位，将期望值写入存储位。
存储器结构
读存储器：一条字线设为高电平，位单元的相应行驱动位线为高电平或低电平。
写存储器：将位线驱动值高电平或者低电平，然后将字线允许为高电平，允许位线的值存储到位单元的相应行中。
存储器端口
所有存储器都有一个或多个端口（port），每一个端口提供对一个存储器地址的读/写访问。多端口存储器可以同时访问多个地址。
存储器类型
存储器阵列通过容量（深度×宽度）、端口的数目和类型来表示。所有的存储器阵列都已以位单元的阵列来存储数据。但是如何存储上存在区别。
历史上，ROM是只能读的，但是现在既可以读也可以写，
ROM和RAM都是随机访问的，访问任何数据字的延迟都相等；与顺序访问存储器（磁带）相对。
当前二者唯一的区别是：RAM是易失型，关掉电源时会丢失数据；ROM是非易失型，没有电源也能无期限的保存数据。
区别：现代ROM不再只读，也可以写入。不同点在于ROM的写入时间更长，但是是非易失的。
动态随机访问存储器（DRAM）：
存储方式：以电容充放电来存储位。位值存储在电容中，nMOS作为开关。字线作为MOS的开关
更新操作：读操作时会破坏存储在电容中的位值，所以在每次读后需要重写数据；即使DRAM没有被读，电容的电压也会泄露，所以其内容需要在几毫秒内刷新。
静态随机访问存储器（SRAM）
存储方式：数据存储在交叉耦合反相器中，当字线有效时，两个MOS管都打开，数据值从位线上传入/传出。
更新存储：由于存在交叉耦合的反相器，如果噪声减弱存储位的值，则交叉耦合反相器将恢复存储值。
存储器面积、延迟对比
触发器、SRAM和DRAM都是易失的存储器，但是存在不同的面积和延迟特性。
DRAM延迟比SRAM更长，因为其位线不是由晶体管驱动，而是电容，而电容将值移动到位线的速度较慢。
DRAM的吞吐量通常也比SRAM低，因为其必须周期性的在读取后刷新。
当前已有多种不同新的DRAM技术：
同步DRAM(SDRAM)，使用一个时钟使存储器访问流水性化；
双倍速率SDRAM（DDR），同时使用时钟的上升沿和下降沿来存取数据，以获得双倍的吞吐率。
存储器的延迟和吞吐量也与存储器的大小有关，在其他条件相同时，大容量存储器一般比小容量存储器更慢。
寄存器文件（register file）
作用：数字系统常用一组寄存器来存储临时变量，这组寄存器称为寄存器文件。
组成：通常由小型多端口SRAM阵列组成，比触发器阵列更加紧凑。
下图为一个32×32位的三端口寄存器文件，有两个读端口和一个写端口组成，能同时读两个寄存器，写一个寄存器。
`timescale 1ns / 1ps module ram_dual_port #(parameter N=6, M=32)( inout [M-1:0] data_io, input [N-1:0] addr, input wr, rd, input clk, rst ); reg [M-1:0] ram[2**N-1:0]; reg data; integer i; always@(posedge clk) begin if(!rst) begin for(i=0; i<2**N-1; i=i+1) ram[i] <= 32'b0; end else if(wr) begin ram[addr] <= data_io; end else if(rd) begin data <= ram[addr]; end else data <= 32'bz; end assign data_io = rd ? data : 32'bz; endmodule
只读存储器（ROM）
注意：ROM的位单元时组合电路，在电源关闭的情况下没有可以“忘记”的状态。
存储方式：以是否存在晶体管作为是否存储一位。在读过程中，位线被拉高，如果存在MOS，则位线被拉低，不存在MOS则保持高。
点表示法：在字线和位线交叉点表示为1。
使用存储器阵列的逻辑
查找表（LookUp Table）：用于执行逻辑的存储阵列，存储器阵列可以根据位存储的值，实现组合逻辑功能。
