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了解两大系统内存类型——SRAM与DRAM的前生今世_1

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发表于 2020-7-29 08:19:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory,SRAM)和动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)是不同类型的RAM,具有不同水平的性能和价格,都在当今的SSD技术中发挥着关键作用。从名字上看,SRAM与DRAM的区别只在于一个是静态一个是动态。由于SRAM不需要刷新电路就能够保存数据,所以具有静止存取数据的作用。而DRAM则需要不停地刷新电路,否则内部的数据将会消失。而且不停刷新电路的功耗是很高的,在我们的PC待机时消耗的电量有很大一部分都来自于对内存的刷新。那么为什么我们不用SRAM来作为内存呢?阵列卡


简单来说:

SRAM:是一种比DRAM更快,耗电更少的存储芯片。

DRAM:是一种可以容纳比SRAM芯片更多数据的存储芯片,但它功率更大。

首先介绍一些背景。随机存取存储器(RAM)是与CPU直接交换数据的内部存储器,放置在处理器上,为CPU运算存储变量。RAM为请求数据(寄存器)提供存储器位置,CPU接收带有数据存储器地址或位置的数据读取指令,将地址发送到RAM控制器。反过来,控制器将地址发送到正确的路径,打开路径晶体管并读取每个电容器值。读取的数据将传输回CPU的缓存。



此读写操作的速度称为时序,更快的时序和更短的延迟会提供更快的访问时间和低延迟。较慢的时序会带来较低的性能和较高的延迟。带宽也会影响性能:带宽越大,RAM每秒处理的数据越多,时序越快。  RAM结构:SRAM和DRAM

SRAM和DRAM以不同的方式处理数据,具体取决于数据的要求。

有许多下一代内存组件构建在这两种技术之上,但在深入研究这些新技术之前,了解SRAM和DRAM的基础知识非常重要。

• 什么是SRAM?每个SRAM单元使用六晶体管电路(six-transistor circuit)和锁存器(latch)存储一个bit。(DRAM使用晶体管和电容器。)SRAM是易失性的,但如果系统通电,SRAM会保留存储的数据而无需重复充电。它对电噪声相当不敏感电噪声是会对所需信号产生干扰的,不需要的电信号。由于它比DRAM更快且成本更高,因此通常作为CPU内存缓存或用于高端、高性能服务器运行。SRAM系统内存通常为20-40ns(纳秒)。

• 什么是DRAM?每个DRAM单元使用一个晶体管另加一个电容器来存储一个bit,因此DRAM具有非常高的密度。像SRAM一样,DRAM也是易失性的。但与SRAM不同,DRAM每个单元必须周期性地进行刷新(预充电),因为电容器不可避免地存在漏电现象。它对电噪声很敏感。DRAM速度通常在60ns到100ns之间仍然很快,但比SRAM慢。一般速度为20-40GB  s,连续的单元充电,使DRAM比SRAM具有更高的时延和带宽延迟。

随着计算速度的加快,全闪存数据中心逐渐占据主导地位,设计速度更快的RAM,将成为一个持续性的行业需求。这可能会影响这两种RAM类型。SSD创新的快速发展需要不断升级RAM性能。

计算机中的SRAM与DRAM



SRAM和DRAM演进

计算机的发展影响了计算机内存,让我们来看看一些关于SRAM和DRAM的主要进展。

SDRAM同步DRAM(SDRAM)是一种与CPU的时钟周期同步的DRAM,因此存储器的控制器确切地知道所请求的数据何时可以访问。这减少了访问时间并提高了内存性能。

DDR双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM,大家习惯称DDR)是最新一代SDRAM。DDR提高了速度,降低了功耗,引入了刷新机制,并增加了CRC等安全功能。例如,DDR3传输IO数据的速度比其自身单元的速度快8倍,从而实现更高的吞吐量和更快的速度。(但它并没有降低时延)单芯片容量可以达到8GB,在实际应用中可有效翻倍至16GB。

SGRAM同步图形RAM(Synchronous Graphics Random-Access Memory)是一个同步时钟的DRAM。SGRAM可以同时打开两个内存页面,以较低的成本模拟双端口。

VRAM即Video RAM,是一种用于存储计算机图像数据的DRAM。VRAM充当用户显示监视器和处理器之间的帧缓冲器。处理器最初从主存储RAM读取视频数据并将其写入视频RAM格式。帧缓冲器将数字视频数据转换为模拟信号并发送到显示器。旧的VRAM是双端口的,这意味着当CPU处理器将一个新的帧写入视频RAM时,监视器将从视频中读取并更新其显示。

MDRAM多BANK动态随机存取存储器(Multibank Dynamic RAM),是一种高性能VRAM。传统的VRAM通过呈现整个帧缓冲区以进行数据访问,而MDRAM将内存划分为32KB的BANK以进行并发访问。

EDRAM增强型DRAM,将SRAM和DRAM结合起来,为2级缓存提供服务。通常是256字节的SRAM与DRAM配对。数据读取操作首先检查SRAM以获取所请求的数据,如果数据未存储在SRAM中,再检查DRAM。

WRAMWindow RAM(与Microsoft Windows无关)是一种高性能的双端口VRAM。它的架构比传统的VRAM产生大约25%的带宽,成本更低。它通过高性能数据读取实现此功能,用于文本绘制和块填充等操作。它采用真彩色(24位色),非常适合高分辨率图形显示器。

EDO DRAM扩展数据输出DRAM(EDO DRAM),预先读取下一块存储器,同时将前一块发送到CPU,这使它的速度比标准DRAM快25%。  RAM研究与开发

市场上还有许多其他不同版本的SRAM和DRAM,以及可能取代它们的颠覆性内存技术。这种情况还没有大规模发生,但有一些已经开始将资源投入计算机内存研发。

例如,相变随机存储器(PCRAM)是一个有趣的尝试,试图取代DRAM。PCRAM听起来像是科幻小说里的元素。它可以在两种状态之间切换,一种是低导电性的原子结构,另一种是高导电性的结晶态。根据它们当前所处的状态记录0和1,借此,处理器可以写入和重写数据。

在早期的实验中,当受到强电流时,这些元素被证明是不可靠的。此前,中国科学院上海研究院的研究人员报告称,他们将PCRAM性能提高了10倍,将其设计为非易失性的,并提高了可靠性。

这一进展的关键,是由镁和钪组成的形状记忆合金(SMA)。尽管取得了如此大的进展,但PCRAM还不能与DRAM的多次写入和重写数据记录相匹配。(这里的多次,一般指数万亿次。)截至目前,SRAM和DRAM在CPU内存领域仍然处于霸主地位。



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