记忆回路

存储电路的功能是，当控制信号触发输入信号时，存储输入信号上的电压。它们保留存储的电压，直到下一个控制(或触发)信号的断言。在控制信号的断言之间，输入信号被忽略，输出被驱动到最近存储的电压。存储电路在控制输入的每个断言处存储输入信号电平，在控制信号断言后输出将立即改变(如果输入值与所存储的相反)，或者它将保持不变。“内存”发生在控制信号断言之间，因为不管输入信号发生变化，输出在最后存储的值处保持不变。

今天，两个主要的内存电路系列：动态内存和静态内存。动态存储器单元使用微小电容来存储信号电压，它们用于最小，最便宜的存储器电路。由于电容器电压随时间衰减，因此必须定期刷新动态存储器单元，或者它们将失去存储值。虽然这种刷新要求增加了大量的开销，但动态存储器单元非常小，因此它们已成为所有存储器电路最广泛使用的。大多数静态存储器电路使用两个背对背逆变器存储逻辑值。不需要刷新静态存储器设备，并且它们可以比动态电路更快地运行。但是由于它们需要更大的芯片区域而不是动态存储器单元，因此仅在高速存储器中最需要的位置，例如，当仅需要少量存储器时，它们仅在其中使用它们。计算机系统的动态存储器电路已经非常专业化，它们将在后来的实验室中介绍。在本节中，我们将专注于用于存储有关数字系统操作状态的信息的存储器电路。

许多电子设备包含数字系统，该系统使用存储器电路来定义其操作状态。实际上，任何可以创建或响应一系列事件的电子设备必须包含内存。这种设备的示例包括手表和定时器，设备控制器，游戏设备和计算设备。如果数字系统包含N个存储设备，并且每个存储器设备存储“1”或“0”，则系统的操作状态可以由N位二进制数定义。此外，具有N个存储器件的数字系统必须是2N状态之一，其中每个状态由从系统中的所有存储器设备的集体内容创建的二进制数唯一标识。

在任何时间点，存储在其内部存储设备中的二进制数定义了数字系统的当前状态。到达数字系统的输入可能会导致一个或多个存储设备的内容改变状态(从“1”到“0”或相反)，从而导致数字系统改变状态。因此，只要存储在内部存储器中的二进制数发生变化，就会发生数字系统状态变化或状态转换。数字系统可以通过定向状态到状态的转换来创建或响应一系列事件。下一个实验室将展示能够根据某种算法存储和改变状态的数字系统;这个实验室将研究用来形成记忆的电路。

在数字工程中，我们涉及两个状态或双稳态存储器电路。双稳态电路有两个稳定的操作状态：输出是逻辑'1'（或VDD）的状态，以及输出为'0'的状态（或接地)．当双稳态存储电路处于两种稳定状态中的一种时，就需要一定量的能量来迫使它脱离这种状态并进入另一种稳定状态。在状态之间转换期间，输出信号必须通过一个它是不稳定的区域。记忆电路的设计使它们不能无限期地处于不稳定状态;一旦它们进入稳定状态，它们会立即尝试恢复两种稳定状态中的一种。

上面的图1提供了一个恰当的类比。在这里，球代表存储在内存中的值，而“山”代表在存储电路转换到存储相反值之前必须跨越的稳定区域。请注意，在这个类比中存在第三种潜在的稳定状态——只要有适当的能量，就有可能使球直接在山顶上保持平衡。同样，记忆电路也有第三种潜在的稳定状态，介于这两种稳定状态之间。当记忆电路在两种稳定状态之间转换时，重要的是要确保给电路注入足够的能量，以确保通过稳定区域。

一旦获得了双稳态电路中的“0”和“1”状态都易于维护。导致电路改变状态的控制信号必须提供一些最小量的能量来通过抑形状态移动电路。如果引起从一个稳定状态转换到下一个稳定的输入超过最低所需能量的输入，则转换会非常快速地发生。如果控制信号提供小于最小所需能量，则电路返回其原始稳定状态。但是如果输入只提供错误的能量量 - 足以启动过渡，但不足以迅速通过觉得区域迅速迫使它 - 然后电路可以暂时“卡住”在值区域中“卡住”。设计内存电路以最小化这种可能性，并且如果发生在那里（在比喻中，想象一个非常尖锐的区域中的非常尖锐的峰会，则减少电路可能留在令人信服状态的时间量。陡峭的斜坡）。如果存储器设备被陷入焦点状态，则其输出可以振荡，或者在“0”和“1”之间保持中途，从而导致数字系统经历意外和通常不可预测的行为。据说将被卡在觉得稳定区域中粘在的存储器装置，并且所有存储器设备遭受进入亚稳态的可能性（稍后将在衡量方案上讲）。

静态记忆电路需要反馈，任何有反馈的电路都有记忆(到目前为止，我们只处理了前馈，没有记忆的组合电路)。任何逻辑电路都可以有反馈，如果输出信号是简单的“反馈”，并连接到输入。大多数反馈电路不会表现出有用的行为——它们要么是单稳定的(即，卡在输出'1'或'0'状态)，要么是无休止地振荡。一些反馈电路将是双稳态和可控的，这些电路是简单记忆电路的候选者。简单的反馈电路如下图2所示，它们被标记为可控/不可控、双稳态/非双稳态。

• 任何能够产生或响应一系列事件的电子设备都必须包含存储器。
• 每当存储在内部存储器中的二进制数发生变化时，会发生数字系统状态更改或状态转换。它是通过定向的状态到状态转换，数字系统可以创建或响应事件序列。
• 双稳态电路有两个稳定的操作状态：输出是逻辑'1'（或VDD）的状态，以及输出为'0'的状态（或接地)．当双稳态存储电路处于两种稳定状态中的一种时，就需要一定量的能量来迫使它脱离这种状态并进入另一种稳定状态。
• 在状态之间转换期间，输出信号必须通过一个它是不稳定的区域。记忆电路的设计使它们不能无限期地处于不稳定状态——一旦它们进入不稳定状态，它们就会立即试图恢复两种稳定状态中的一种。
• 任何逻辑电路都可以有反馈，如果输出信号是简单的“反馈”，并连接到输入。