计算机组成原理 —— 存储系统（DRAM和SRAM）

news2025/1/16 5:39:47

计算机组成原理 —— 存储系统（DRAM和SRAM）

DRAM和SRAM
DRAM的刷新
DRAM地址复用

我们今天来看DRAM和SRAM：

DRAM和SRAM

DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）都是半导体存储器，广泛应用于计算机和其他电子设备中，但它们在设计、性能、成本和应用场景上存在显著差异：

SRAM（静态随机存取存储器）：

工作原理：SRAM使用双稳态触发器来存储每个比特的信息，不需要刷新电路来维持数据。这意味着一旦数据被写入SRAM，只要电源持续供应，数据就会保持不变。
速度：由于其设计，SRAM提供了非常快速的读写访问时间，通常用于需要高速数据访问的场景，如CPU缓存（L1、L2、L3缓存）。
集成度与成本：SRAM的每个存储单元需要更多的晶体管（通常是4到6个），这导致其集成度相对较低，成本较高，且占用更多空间。
应用场景：因其高速特性，SRAM常用于缓存、寄存器以及对速度要求极高的局部存储。

DRAM（动态随机存取存储器）：

工作原理：DRAM通过电容来存储电荷，以此表示比特的1或0状态。由于电容会自然放电，DRAM需要定期刷新（每隔几毫秒）来保持数据的完整性。
速度：相比SRAM，DRAM的读写速度较慢，因为它涉及到电容充电/放电的过程以及刷新操作。
集成度与成本：DRAM的存储单元结构更为简单，每个比特通常只需一个晶体管和一个小电容，这使得DRAM能够在给定的芯片面积上集成更多的存储单元，从而降低成本，提高存储密度。
应用场景：由于其高密度和相对低廉的成本，DRAM是计算机主内存（如DDR SDRAM）的首选，广泛应用于个人电脑、服务器、移动设备等，作为大容量存储解决方案。

总结来说，SRAM提供快速访问但成本较高，适用于需要快速数据交换的小容量存储场景；而DRAM虽然访问速度稍慢，但因成本效益高、容量大，成为大规模存储的主流选择。

其实我们上篇博客讲的就是DRAM：

在这里插入图片描述这就是DRAM的内部组成，如果大家对上一篇博客有兴趣的话，可以点击这里：

https://blog.csdn.net/qq_67693066/article/details/139881200

SRAM换了一种材料，换成了双稳态触发器：
在这里插入图片描述双稳态触发器集成了6根MOS管，体积更大，稳定性更高。经常用作Cache的材料。

DRAM的刷新

DRAM（动态随机存取存储器）的刷新是维护DRAM存储数据完整性的必要操作，因为DRAM单元中的电容会随着时间逐渐放电，导致存储的信息丢失。为了防止这种情况发生，DRAM需要定期刷新。刷新操作涉及读取每一行的数据，然后立即重写回该行，以补充电容的电荷，确保数据得以保持。

DRAM刷新主要采用以下三种方式：

集中刷新（Bulk Refresh或Collective Refresh）：在这种模式下，系统会在一个特定的刷新周期内，暂停正常的读写操作，集中一段时间来逐行刷新所有存储单元。这意味着在刷新期间，DRAM无法响应其他读写请求，这会造成所谓的“刷新死区”（refresh dead time），影响系统的连续数据访问性能。

分散刷新（Distributed Refresh或Hidden Refresh）：分散刷新尝试减少集中刷新带来的性能损失，它将刷新操作分散到每个存储周期中进行。在每次访问DRAM时，系统会检查是否需要对当前行进行刷新，如果需要，则在访问之后立即执行刷新操作，尽量使刷新操作与正常读写操作重叠，从而隐藏刷新带来的延迟。