SRAM 6T: ô nhớ gọn trên chip

Ta cần ô giữ bit gọn hơn phờ líp phờ lóp. Ô ấy dùng vòng nhớ, gồm hai cổng đảo nối vòng, tức bốn transistor. Để bit đi vào hay ra, mỗi dây của vòng cần một công tắc nối tới đường bit. Công tắc này là một transistor, gọi là transistor truy cập. Cổng của transistor truy cập này nối với đường chọn hàng. Khi ta bật đường chọn hàng, tức mức một, công tắc đóng và dây nối với đường bit. Tắt đường chọn hàng, tức mức không, thì công tắc mở, vòng nhớ giữ bit. Ô có đủ sáu transistor, và bộ nhớ làm từ các ô này gọi là SRAM.

Phờ líp phờ lóp giữ một bit bằng cỡ hai chục transistor, tùy kiểu. Trong đó có phần dành cho xung nhịp. Ô SRAM không cần phần dành cho xung nhịp. Nó chỉ có vòng nhớ và hai transistor truy cập, tức sáu transistor. Ví dụ một triệu bit cần sáu triệu transistor trong các ô SRAM. Với phờ líp phờ lóp, một triệu bit cần cỡ hai chục triệu transistor. Chỉ tính các ô thì ô SRAM gọn hơn, nên cùng số transistor giữ được nhiều bit hơn. Các ô SRAM xếp thành mảng là bộ nhớ trên chip. SRAM giữ bit chừng nào còn cấp điện, không cần làm mới.

Ghi là đặt một bit mới vào ô. Dây thứ nhất có thể nối với đường bit thứ nhất, dây thứ hai với đường bit thứ hai. Giả sử bit của ô là mức không, tức dây thứ nhất ở mức không. Dây thứ hai ở mức một. Để ghi mức một, ta đặt đường bit thứ nhất ở mức một, đường bit thứ hai ở mức không. Rồi ta bật đường chọn hàng, hai transistor truy cập đóng. Đường bit ép thắng vòng nhớ, dây thứ hai bị kéo xuống mức không. Dây thứ hai xuống thì cổng đảo kéo dây thứ nhất lên mức một. Tắt đường chọn hàng, vòng nhớ giữ bit mới.

Đọc nhằm lấy bit ra ngoài mà không đổi bit ấy. Trước hết ta nạp sẵn, tức đưa cả hai đường bit lên mức một. Đường bit có điện dung, nên giữ mức một sau khi ngừng nạp. Rồi ta bật đường chọn hàng, hai transistor truy cập đóng. Giả sử dây thứ nhất ở mức không, dây thứ hai ở mức một. Dây thứ nhất xả đường bit thứ nhất xuống chậm, đường bit thứ hai vẫn gần mức một. Ví dụ hai đường bit lệch nhau cỡ một phần mười vôn. Mạch cảm biến nhận chênh lệch nhỏ, thấy đường bit thứ nhất nhỏ hơn, nên cho ra bit mức không.

Bộ nhớ lớn có nhiều hàng, mỗi lần ta chọn một hàng. Ví dụ bốn hàng cần hai bit chỉ hàng nào, gọi là địa chỉ. Mỗi hàng có cổng NAND nhận địa chỉ, và cổng đảo nối sau. Hai bit địa chỉ cũng có hai dây đảo, mỗi dây qua một cổng đảo dùng chung. Hàng đầu cần hai bit mức không, nên cổng NAND của nó nhận hai bit đã đảo. Các cổng này gọi là bộ giải mã. Địa chỉ khớp hàng thì cổng NAND ra mức không, cổng đảo đưa đường chọn hàng lên mức một. Ví dụ hai bit cùng mức một thì hàng cuối lên mức một, ba hàng kia mức không.

Ô SRAM phải giữ, đọc và ghi, mỗi việc có một độ dư an toàn. Độ dư là khoảng cách tới lúc bit bị sai. Khi giữ, độ dư là lượng đẩy lệch dây mà vòng nhớ vẫn kéo về. Khi đọc, đường bit còn ở mức một đẩy dây đang ở mức không nhích lên. Nhích quá nhiều thì bit lật ngay lúc đọc, gọi là đọc làm lật bit. Khi ghi, đường bit phải ép thắng vòng nhớ để bit lật. Transistor nhỏ lại thì các transistor trong một ô khác nhau hơn, nên độ dư hẹp đi. Điện áp cấp nhỏ đi thì hai mức gần nhau hơn, độ dư cũng hẹp đi.

Lưới ô SRAM giữ được rất nhiều bit. Một hàng ô giữ một dãy bit, và dãy bit biểu diễn một số. Ta chọn được hàng, ghi số vào và đọc số ra. Đọc ra thì được đúng số đã ghi vào. Ví dụ hai hàng giữ hai số. Muốn có một số mới, tính từ hai số ấy, thì ô SRAM chưa làm được. Ô SRAM chỉ giữ số và đưa số ra. Vậy ta cần một mạch tính ra số mới từ hai số đang giữ.