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computer architecture (1) SRAMとDRAM
  • DRAM和SRAM
    • 存储元件不同导致的特性差异
    • DRAM的刷新
    • DRAM的地址线复用技术
NOTE

DRAM 是 Dynamic Random Access Memory 的缩写,中文称为动态随机存取存储器。

SRAM 是 Static Random Access Memory 的缩写,中文称为静态随机存取存储器。

DRAM 通常用于计算机的主存,因为它成本低、集成度高。

SRAM 则用于 CPU 的高速缓存(Cache),因为它速度快。

DRAM和SRAM的对比 是计算机组成原理课程中的一个高频考点。

栅极电容:#

mos管接通之后,如果是1,电容放电,从数据线上产生电流信号。

mos管接通之后,如果是0,电容不放电,从数据线上不产生电流信号。

若存储1,意味着电容上会存储一些电荷,接通mos管读出的过程中就意味着电容释放掉,从而导致信息从1变为0。

这意味着电容放电信息被破坏,是破坏性读出,读出后应有重写操作,也称”再生“,因此读写速度更慢。

而右边为稳态,是非破坏性读出,无需重写,因此读写速度更快。

总结:DRAM用三级电容来存储0和1,需要1个mos管。

双稳态触发器:#

为什么叫双稳态?因为触发器这个存储源呈现出两种稳定的状态:

第一种稳态: A点高电平,B点低电平,规定对应写入的是1。

第二种稳态: B点高电平,A点低电平,规定对应写入的是0。

我的截图

WARNING

以上是对于写入而言,下面我们来看读出。

显然,对于左边,读出数据的数据线只有一根。

而右边需要两根数据线来读出0或1的状态。

对于右,给字选择线施加电压,若存储源存储0,BL为低电平信号,右边的BLX则不会输出任何电信号,反之亦然。

根本判断依据:哪条线输出了低电平信号。

价格:#

左边1个mos管,右边6个mos管,显然右边集成度低(因为逻辑元件更多,体积更大),功耗大(电路更复杂),成本更贵。

NOTE

两种存储元的特性区别,也造成了SRAM和DRAM的区别。

特征SRAM (静态RAM)DRAM (动态RAM)
存储信息双稳态触发器栅极电容
破坏性读出
读出后需要重写不用需要
运行速度
集成度
发热量
存储成本
易失性存储器易失 (断电后信息消失)易失 (断电后信息消失)
需要“刷新”不需要需要
行地址发送同时送分两次送

总结#

SRAM 速度快,常用于 CPU 缓存。它使用触发器存储数据,不需要刷新,但成本高、集成度低、功耗大。 DRAM 速度慢,但成本低、集成度高、功耗小,常用于 主内存。它使用电容存储数据,需要定期刷新才能保持信息。

TIP

注意区分破坏性读出易失性

那什么是刷新呢?

高中我们学过,如果不管电容内的电荷,电荷会慢慢流失,就会导致电容内存储的信息出现误差(由1→0)。

事实上,电容器内的电荷只能维持2ms,即使不断电,2ms后信息也会消失。

而双稳态触发器比较好,只要不断电(从VDD这根线供),触发器的状态就不会变,也就是保存的0和1是不会消失的。

那左边这种情况如何解决呢?

这就要用到“刷新”的概念了。

2ms内给电容刷新一次,也就是给电容充电,即可保证信息不流失。

我的截图

为什么要用二维的存储器?因为这样会让选通线的数量更少,使电路变得简单清晰。

只要给出一个行地址,那么行地址译码器便会选中一整行的存储单元。

而我们的每次刷新操作,就会刷新一整行。

那怎么刷新呢?

会有一个专门的刷新电路来支持。

刷新电路会直接读出一整行的存储信息,然后重新写入,也就是重新给电容充电。

那我们刷新一整行,其实本质上就是进行了一次读操作,所以它的耗时和1个读/写周期相同。

我的截图

为了让地址线更简单,DRAM常常采用地址线复用技术

i.e. 把行地址,列地址分前后两次进行传输,对于n个芯片只需采用n/2条地址线。

好处:使地址线更少,芯片引脚更少。

对于SRAM这种容量较小的芯片,通常我们同时把行列地址送过去就可以了。

NOTE

当考察DRAM芯片的引脚数量时,和地址线对应的引脚数目应该减半。

另外,“刷新”由存储器独立完成,不需要CPU控制。

最后补充,DRAM芯片现在已经过时了,现在的主存通常采用SDRAM芯片,如DDR3,DDR4。


SRAMとDRAMの比較#

特徴SRAM (スタティックRAM)DRAM (ダイナミックRAM)
情報記憶方式フリップフロップコンデンサ
破壊読み出しなしあり
読み出し後の書き換え不要必要
動作速度速い遅い
集積度低い高い
発熱量多い少ない
記憶コスト高い低い
揮発性メモリ揮発性 (電源を切ると情報が消える)揮発性 (電源を切ると情報が消える)
「リフレッシュ」不要必要
アドレス送信同時に送信2回に分けて送信

まとめ#

SRAM は高速で、主に CPUキャッシュ に使われます。フリップフロップでデータを保持するため、リフレッシュは不要ですが、コストが高く、集積度が低く、消費電力も大きいです。 DRAM は速度は劣りますが、コストが低く、集積度が高く、消費電力が少ないため、メインメモリ として広く使われています。コンデンサでデータを保持するため、情報が消えないように定期的なリフレッシュが必要です。

computer architecture (1) SRAMとDRAM
https://yirong.site/posts/0003/
Author
Yirong Zhou
Published at
2025-09-14
License
CC BY-NC-SA 4.0
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