Speicherelement

Speicherelemente sind Grundbausteine der digitalen Elektronik, die einen binären Wert, 0 oder 1, speichern und ihren Zustand so lange beibehalten, wie Energiezufuhr vorhanden ist. Sie bilden die Grundlage für sequentielle Logik und verschiedene Speichervorrichtungen in Computern und digitalen Schaltungen. Speicherelemente unterscheiden sich von rein kombinatorischer Logik dadurch, dass sie den aktuellen Zustand über mehrere Zeitstufen hinweg halten können.

Zu den wichtigsten Typen gehören Latches ( speicherelemente, die zustandsabhängig auf Signalebene arbeiten) und Flip-Flops (kante- oder flankengetriggerte Speicherelemente). Latches sind in der Regel level-abhängig, während Flip-Flops den Zustand bei bestimmten Clock- oder Taktflanken erfassen. Zu den verbreiteten Grundformen gehören SR-, D-, JK- und T-Flip-Flops. In größeren Schaltungen werden viele dieser Bausteine zu Registern, Zählern oder Speichernetzen zusammengefügt.

Speicherelemente können volatil oder nicht-flüchtig sein. Die meisten digitalen Speicherelemente in Computern sind volatil und verlieren ihren Inhalt bei Energieverlust (z. B. in SRAM- oder DRAM-Strukturen, die in Speichernetzwerken verwendet werden). Nicht-flüchtige Speicherelemente behalten Daten auch ohne Stromversorgung, wie in MRAM, Flash-basierten Speichern oder FE/Resistive RAM. In der Praxis dienen Speicherelemente der Implementierung von Registern, Caches, Schieberegistern und endlichen Automaten.

Wichtige Designaspekte sind Geschwindigkeit, Energieverbrauch, Flankenfestigkeit, Zuverlässigkeit und Dichte. Als konzeptionelles Konzept bezeichnet man Speicherelemente oft als bistabile Bausteine, die zwei stabile Zustände besitzen und über Rückkopplung gesteuert werden.

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