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什么是RAM?
RAM(Random Access Memory)中文是隨機存取存儲器。為什么要強調(diào)隨機存儲呢?因為在此之前,一些的存儲器都是順序存儲(Direct-Access),比較常見的如光碟,老式的磁帶,磁鼓存儲器等等。隨機存取存儲器的特點是其訪問數(shù)據(jù)的時間與數(shù)據(jù)存放在存儲器中的物理位置無關(guān)。

什么隨機讀寫?
隨機和順序讀寫,是存儲器的兩種輸入輸出方式。存儲的數(shù)據(jù)在磁盤中占據(jù)空間,對于一個新磁盤,操作系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)文件依次寫入磁盤,當有些數(shù)據(jù)被刪除時,就會空出該數(shù)據(jù)原來占有的存儲空間,時間長了,不斷的寫入、刪除數(shù)據(jù),就會產(chǎn)生很多零零散散的存儲空間,就會造成一個較大的數(shù)據(jù)文件放在許多不連續(xù)的存貯空間上,讀寫些這部分數(shù)據(jù)時,就是隨機讀寫,磁頭要不斷的調(diào)整磁道的位置,以在不同位置上的讀寫數(shù)據(jù),相對于連續(xù)空間上的順序讀寫,要耗時很多。在開機時、啟動大型程序時,電腦要讀取大量小文件,而這些文件也不是連續(xù)存放的,也屬于隨機讀取的范圍。

改善方法:做磁盤碎片整理,合并碎片文件,但隨后還會再產(chǎn)生碎片造成磁盤讀寫性能下降,而且也解決不了小文件的隨機存取的問題,這只是治標。更好的解決辦法:更換電子硬盤(SSD),電子盤由于免除了機械硬盤的磁頭運動,對于隨機數(shù)據(jù)的讀寫極大地提高。

舉個例子,SSD的隨機讀取延遲只有零點幾毫秒,而7200RPM的隨機讀取延遲有7毫秒左右,5400RPM硬盤更是高達9毫秒之多,體現(xiàn)在性能上就是開關(guān)機速度。

隨機存取存儲器(RAM)是存儲器中最為人熟知的一種。之所以RAM被稱為“隨機存儲”,是因為可以直接訪問任一個存儲單元,只要知道該單元所在記憶行X和記憶列Y的地址即可定位。

與RAM形成鮮明對比的是順序存取存儲器(SAM)。SAM中的數(shù)據(jù)存儲單元按照線性順序排列,因而只能依順序訪問(類似于盒式錄音帶)。如果當前位置不能找到所需數(shù)據(jù),就必須依次查找下一個存儲單元,直至找到所需數(shù)據(jù)為止。SAM非常適合作緩沖存儲器之用,一般情況下,緩存中數(shù)據(jù)的存儲順序與調(diào)用順序相同(顯卡中的緩存就是個很好的例子)。而RAM則能以任意的順序存取數(shù)據(jù)。

SRAM和DRAM的區(qū)別?
RAM的另一個特點是易失性(Volatile),雖然業(yè)界也有非易失(non-volatile)的RAM,例如,利用電池來維持RAM中的數(shù)據(jù)等方法。
RAM主要的兩種類別是SRAM(Static RAM)和DRAM(Dynamic RAM)。

SRAM的S是Static的縮寫,全稱是靜態(tài)隨機存取存儲器。而DRAM的D是Dynamic的縮寫,全稱是動態(tài)隨機存取存儲器。


SRAM的結(jié)構(gòu),6場效應(yīng)管組成一個存儲bit單元的結(jié)構(gòu):

工作原理相對比較簡單,我們先看寫0和寫1操作。寫0操作寫0的時候,首先將BL輸入0電平,(~BL)輸入1電平。然后,相應(yīng)的Word Line(WL)選通,則M5和M6將會被打開。0電平輸入到M1和M2的G極控制端1電平輸入到M3和M4的G極控制端因為M2是P型管,高電平截止,低電平導(dǎo)通。而M1則相反,高電平導(dǎo)通,低電平截止。所以在0電平的作用下,M1將截止,M2將打開。(~Q)點將會穩(wěn)定在高電平。同樣,M3和M4的控制端將會輸入高電平,因NP管不同,M3將會導(dǎo)通,而M4將會截止。Q點將會穩(wěn)定在低電平0。最后,關(guān)閉M5和M6,內(nèi)部M1,M2,M3和M4處在穩(wěn)定狀態(tài),一個bit為0的數(shù)據(jù)就被鎖存住了。此時,在外部VDD不斷電的情況下,這個內(nèi)容將會一直保持。



DRAM(Dynamic RAM)是指動態(tài)隨機存取存儲器。與SRAM最大的不同是,DRAM需要通過刷新操作來保持其存儲的內(nèi)容。讓我們先來看看其一個bit存儲單元(Cell)的結(jié)構(gòu):


其核心部件是4號位的電容C,這個電容大小在pF級別,用來存儲0和1的內(nèi)容。

由于電容會慢慢放電,其保存的電量將會隨時間推移而慢慢漏電流漏掉。為了保證其內(nèi)容的完整性,我們需要把里面的內(nèi)容定期讀出來再填寫回去。這個操作稱為刷新操作(Refresh)。
SDRAM 只有通過刷新命令(Refresh)操作才能保證數(shù)據(jù)的可靠性,SDRAM 的刷新操作是周期性的,在兩次刷新的間隔可以進行數(shù)據(jù)的相關(guān)操作。我們在看SDRAM芯片參數(shù)時,經(jīng)常會看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 Refresh Cycles/64ms的標識,這里的4096與8192就代表 這個芯片中每個Bank的行數(shù)。
刷新命令一次僅對一行有效,也就是說在64ms內(nèi)這兩種規(guī)格的 芯片分別需要完成4096次和8192次刷新操作。這4096操作可以平均15.625μs刷新一次,也可以一次全部刷新完,取決于你的數(shù)據(jù)讀寫時序。

當需要寫1的時候,先將BL(Bit Line)輸入高電平1,然后選中對應(yīng)的Word Line(同一時間將只有一根WL被選中),打開相應(yīng)的MOS管,如圖中所示3號位。此時,外部驅(qū)動能力很強,通過一定的時間,4號位的電容將會被充滿。此時,關(guān)閉3號位的MOS管。內(nèi)容1將在一定時間內(nèi)被保存在4號位的電容中。寫0的操作與之相反,不同的是將4號位電容中的電荷通過Bit Line放光。然后關(guān)閉3號位的MOS管,鎖存相應(yīng)數(shù)據(jù)。
而讀操作相對來說,較為復(fù)雜。4號位電容非常小,只有pF級別,而Bit Line往往都很長,上面掛了非常多個存儲單元(cell),我們可以通過5號位的電容來表示。所以當我們直接把3號位的MOS管打開,Bit Line上將基本看不到什么變化。

采用放大器來放大4號位電容的效果。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:

我們可以定Vref為1/2的VDD電壓,在讀取電容里數(shù)據(jù)之前,我們先將所有Bit Line預(yù)充1/2 VDD的電壓。然后,打開Word Line讓選中的電容連接到Bit Line上面,如果原本的內(nèi)容是1,則Bit line的總電壓將會小幅攀升。否則,則會小幅下降。再通過差分放大器,將結(jié)果放大從而實現(xiàn)讀操作。
這套方案是可以工作的,但Bit Line的數(shù)量不能太大。否則會導(dǎo)致距離Vref供電處較遠的放大器Vref的值偏低,而導(dǎo)致差分放大器工作異常。同時,對于所謂的1/2 VDD預(yù)充,也存在不準的情況。
為了解決這個問題,有人提出,不如將原來的一根Bit Line設(shè)計成一對Bit Line,當其中一根Bit Line上的Cell被選中時,另一根Bit Line將不會有Cell被選中。從而沒有Cell被選中的Bit Line可以充當放大器的Vref輸入,其長度,負載以及寄生參數(shù)將會和另一根Bit Line十分一致,這樣一來,放大器的工作就更加穩(wěn)定了。結(jié)構(gòu)圖如下所示:

當讀操作之前,我們先將1/2 VDD電壓同時注入到BL和(~BL)上,這個動作被稱為(pre-charge預(yù)充電)然后其中一根作為參考,來觀察另一根Bit Line在某個Cell導(dǎo)通后的變化。
最后,我們總結(jié)一下區(qū)別:
成本對比:SRAM成本比較高(6個場效應(yīng)管組成一個存儲單元),DRAM成本較低(1個場效應(yīng)管加一個電容)。另外隨著DDR~DDR5的高速發(fā)展,SDRAM的發(fā)展更快,接口速率更高,生態(tài)更好,工藝更先進。所以SDRAM的成本原來越有優(yōu)勢。
存取速率:照道理來說,SRAM存取速度比較快,DRAM存取速度較慢(電容充放電時間)。
數(shù)據(jù)地址分開,SRAM不需要PreCharge,不需要Refresh。所以接口效率也越高。
但是隨著DRAM發(fā)展更好,所以DRAM的接口速率發(fā)展越來越快。最終的綜合表現(xiàn)還是DDR勝出。

本文引用內(nèi)容,包含一下文章的部分內(nèi)容:
xinxin_stone@CSDN  《dram和sram的區(qū)別》hdanbang@CSDN  《dram和sram的區(qū)別》MediaShareSia 《SRAM和DRAM的區(qū)別》聲明:本文素材來源網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品版權(quán)問題,請與我聯(lián)系刪除。

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