- 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
NOTEDRAM 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。

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 | 非 | 是 |
| 读出后需要重写 | 不用 | 需要 |
| 运行速度 | 快 | 慢 |
| 集成度 | 低 | 高 |
| 发热量 | 大 | 小 |
| 存储成本 | 高 | 低 |
| 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和易失性。
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。

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。

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。