首页 > 应用 > 消费电子

DRAM(动态随机存取存储器)简介

Stephen St. Michael 2019-09-06

什么是DRAM?TOg电子头条

 TOg电子头条

内存是计算机运行的基础。当与CPU结合使用时,可以运行指令集(程序)和存储工作数据。随机存取存储器(RAM)是众所周知的存储器类型,因为它能够以大致相同的时间延迟访问存储器中的任何位置。动态随机存取存储器(DRAM)是一种特定类型的随机存取存储器,它允许以较低的成本获得更高的密度。笔记本电脑和台式机中的内存模块使用DRAM。TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM与SRAMTOg电子头条

 TOg电子头条

其他类型的存储器,如SRAM、MRAM和Flash。简而言之,DRAM代表动态随机存取存储器,SRAM代表静态随机存取存储器。最大的区别是DRAM使用电容器,而SRAM不使用电容器,尽管还有一些考虑因素,如不同的处理、不同的速度和开发人员的不同成本。TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM工作原理TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM由RobertDennard于1966年在IBM发明,其工作原理与其他类型的内存大不相同。DRAM中的基本存储单元由两个元件组成:晶体管和电容器。当需要将一个位放入存储器时,晶体管用于对电容器充电或放电。充电电容表示逻辑高或“1”,而放电电容表示逻辑低或“0”。充电/放电通过字线和位线完成,如图1所示。 TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM(动态随机存取存储器)简介TOg电子头条

图1.在DRAM中,位存储为电容器上是否存在电荷TOg电子头条

 TOg电子头条

在读或写期间,字线变高,晶体管将电容器连接到位线。位线上的任何值(“1”或“0”)都会从电容器中存储或检索。存储在每个电容器上的电荷太小而无法直接读取,而是由称为感测放大器的电路测量。传感器放大器检测电荷的微小差异并输出相应的逻辑电平。从位线读取的动作迫使电荷流出电容器。因此,在DRAM中,读取是破坏性的。为了解决这个问题,需要进行一种称为预充电的操作,将从位线读取的值放回电容器中。TOg电子头条

 TOg电子头条

同样有问题的是,随着时间的推移,电容器会泄漏电荷。因此,为了保持存储在内存中的数据,必须定期刷新电容器。刷新就像读取一样,确保数据永不丢失。这就是DRAM从DRAM单元上的电荷获得“动态”名称的地方,每隔一段时间就会动态刷新一次。与SRAM(静态RAM)形成对比,后者不需要刷新就可以保持其状态。TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM组织方式TOg电子头条

 TOg电子头条

根据应用,DRAM可以有不同的形式。图2显示了包含多个板载DRAM芯片的DIMM(双列直插式内存模块)。 TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM(动态随机存取存储器)简介TOg电子头条

图2.包含许多DRAM芯片的1GB DIMMTOg电子头条

 TOg电子头条

此DIMM包含1 GB内存,但请注意贴纸上印有“2Rx8”。2R表示该模块的rank为2,而x8(读作“8”)表示来自每个DRAM芯片的数据的输出宽度。rank是可单独寻址的一组DRAM。在这种情况下,一个rank是一组四个DRAM芯片。由于共有8个(前/后),所以有2个rank。DRAM模块的rank是DIMM中组织的最高级别。在此之下,每个芯片被组织成许多存储体和包含行和列的内存阵列。图3显示了具有四个存储体的DRAM芯片。 TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM(动态随机存取存储器)简介TOg电子头条

图3.具有四个存储体的DRAM芯片TOg电子头条

 TOg电子头条

每个bank独立运行。这意味着读取,写入和预充电都可以在一个bank完成,而不会影响另一个bank。TOg电子头条

 TOg电子头条

Rank、Bank、行和列TOg电子头条

 TOg电子头条

如前所述,DRAM的rank是一组可单独寻址的DRAM芯片。每个DRAM芯片进一步组织成许多包含一组存储器阵列的存储体。每个存储区的存储器阵列数等于输出宽度的大小。因此,在x4 DRAM芯片中,内部存储体将各自具有四个存储器阵列。图4显示了单个x4 bank的示例。TOg电子头条

 TOg电子头条

DRAM(动态随机存取存储器)简介TOg电子头条

图4.由解码器、感测放大器和存储器阵列组成的x4存储体TOg电子头条

 TOg电子头条

灰色部分是设计为行和列网格的存储器阵列。一组解码器用于访问行和列,选择存储器阵列中的单个交叉点。在这个交叉点处,小电容器存储表示被访问数据的电荷。读出放大器对电容器执行预充电操作,并为存储数据的多个数据缓冲器生成逻辑电平输出,直到可由存储器控制器或CPU检索。TOg电子头条

 TOg电子头条

结论TOg电子头条

 TOg电子头条

本文研究了动态随机存取存储器(DRAM)的基本操作原理。DRAM在个人计算机中非常普遍,并且是任何计算机需要正常工作的基本组件。DRAM通过使用电容器上存在或不存在电荷来存储数据。由于单个DRAM单元仅由两个部件组成晶体管和电容,DRAM可以以高密度制造,并且与其他类型的存储器相比它更便宜。本文还研究了包含多个DRAM芯片的DIMM以及这些DRAM芯片如何组织成存储器单元阵列。TOg电子头条