В чем основное отличие память sdram от dram

Обновлено: 06.07.2024

SRAM и SDRAM
SRAM (Static Random Access Memory) — это тип памяти, который не требует частого обновления (прим.: для этого типа памяти вообще не требуются циклы перезаписи). Это означает, что, прочитав какую-либо область памяти, нет необходимости перезаписывать данные обратно в эту же область каждый раз, поэтому память и называется статичной. В то время как SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) — это тип памяти, который требует регулярных обновлений данных и имеет синхронный интерфейс, это означает, что для запроса\ответа необходима опорная (синхронная) частота от микропроцессора (микроконтроллера), и память будет синхронно работать с системной шиной.

Поскольку SRAM не требует циклов обновления, скорость работы выше, чем в SDRAM, в которой скорость также зависит и от опорной частоты. Время доступа включает в себя задержку и время передачи. Задержка — это сумма времени синхронизации сигналов и обновления запрошенных данных (прим.: на чтение или запись). Тем не менее наиболее применяема SRAM из-за её простоты интерфейса. Для неё нет необходимости делать циклы перезаписи и шины адреса и данных доступны напрямую (прим.: без опорной частоты).

А что насчёт объёма памяти? В основе SRAM используется тип памяти, называемый flip-flop. Этот тип памяти может хранить своё значение сколь угодно долго, пока есть питание. В основе же SDRAM лежит тип памяти, называемый емкостная память, который требует периодического обновления. Тип памяти на flip-flop содержит всего несколько транзисторов, но это занимает значительно больше места, чем конденсатор (прим.: в емкостной памяти). В итоге чип SDRAM может содержать несколько гигабит, в то время как чип SRAM (прим.: такого же размера) может содержать только несколько десятков мегабит.

Ещё одна особенность, которую необходимо учитывать, это ток потребления. Учитывая, что SDRAM требует периодического обновления данных, она получает заряд (прим.: для конденсатора, хранящего бит данных) каждые несколько наносекунд. Поэтому она ощутимо потребляет ток в сравнении с SRAM. Окружающая температура также влияет на потребление памяти. Потребление у SRAM стабильно в температурном диапазоне от -55 °C до +125 °C. Чего нельзя сказать про SDRAM и другие виды памяти типа SRAM, где высокая частота обновления в сочетании с высокими температурами требует значительно большего потребления тока, даже если нет обращения к памяти.

Большинство устройств оперативной памяти имеют различные интерфейсы и собственные рабочие частоты. Почти каждое вычислительное устройство нуждается в ОЗУ. Устройство (например, смартфоны, планшеты, настольные компьютеры, ноутбуки, графические калькуляторы, HD телевизоры, портативные игровые системы и т.д.). Объем ОЗУ разный для всех типов и моделей устройств. В основном вся оперативная память в служит одной и той же цели.

Почти каждое вычислительное устройство нуждается в оперативной памяти. Устройство (например, смартфоны, планшеты, настольные компьютеры, ноутбуки, графические калькуляторы, HD телевизоры, портативные игровые системы и т.д.). Объем оперативной памяти разный для всех типов и моделей устройств. В основном вся оперативная память в служит одной и той же цели.

Некоторые типы ОЗУ

Известные типы ОЗУ:

Статическая RAM (SRAM)
Динамическое ОЗУ (DRAM)
Синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM)
Синхронное динамическое ОЗУ с одной скоростью передачи данных (SDR SDRAM)
Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4)
Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (GDDR SDRAM, GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5)
Флэш-память

Что такое оперативная память?

Плашки ОЗУ в материнской плате

Оперативная память расшифровывается как "оперативное запоминающее устройство" или аббривиатурой "ОЗУ". Предоставляет компьютерам виртуальное пространство, необходимое для управления информацией и решения проблем в настоящий момент. Можно подумать что это бумага для повторного использования, на которой пишут карандашом заметки, цифры или рисунки.

Если не хватает места на бумаге, вы стираете то, что вам больше не нужно. Оперативная память работает аналогично, когда ей требуется больше места для работы с временной информацией (то есть с запущенным программным обеспечением или программами). Большие листы бумаги позволяют вам набрасывать больше и больше идей за раз, прежде чем стирать. Больше оперативной памяти внутри компьютеров разделяют информацию прежде чем стереть аналогичным сопособом.

Оперативная память имеет различные формы (то есть физическое соединение с вычислительными системами или взаимодействие с ними), емкости (измеряемые в МБ или ГБ), скорости (измеряемые в МГц или ГГц) и архитектуры. Эти и другие аспекты важно учитывать при обновлении систем с ОЗУ, поскольку компьютерные системы (например, аппаратные средства, материнские платы) должны придерживаться строгих критериев.

Компьютеры старого поколения вряд ли приспособят более современные типы технологий оперативной памяти
Память ноутбука не помещается на десктопах (и наоборот)
RAM не всегда обратно совместима
Система не может смешивать и сочетать разные типы/поколения ОЗУ вместе

Статическая RAM (SRAM)

Время на рынке: 1990-е годы по настоящее время
Популярные продукты с использованием SRAM: цифровые камеры, маршрутизаторы, принтеры, ЖК-экраны

SRAM - один из двух основных типов памяти (другой - DRAM), требует постоянного потока энергии для функционирования. Из-за постоянной мощности SRAM не нужно «обновлять», чтобы помнить о сохраняемых данных. Вот почему SRAM называется «статическим» - никаких изменений или действий (например, обновление) не требуется, чтобы сохранить данные нетронутыми. SRAM это энергозависимая память. Это означает что все данные, которые были сохранены, теряются после отключения питания.

Преимуществами использования SRAM (по сравнению с DRAM) считается низкое энергопотребление и высокая скорость доступа. Недостатками использования SRAM (по сравнению с DRAM) это меньшая емкость памяти и высокие затраты на производство.

Из-за этих характеристик SRAM используется в таких компонентах:

Кэш процессора (например, L1, L2, L3)
Буфер/кэш жесткого диска
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) на видеокартах

Динамическое ОЗУ (DRAM)

Время на рынке: с 1970-х до середины 1990-х
Популярные продукты с использованием DRAM: игровые приставки, сетевое оборудование

DRAM, один из двух основных типов памяти (другой - SRAM), требует периодического «обновления» мощности для функционирования. Конденсаторы, которые хранят данные в DRAM, постепенно разряжают энергию. Отсутствие энергии означает, что данные теряются. Поэтому DRAM называется «динамическим» - постоянные изменения или действия (например, обновление) необходимы для сохранения данных нетронутыми. DRAM также считается энергозависимой памятью. Это означает, что все сохраненные данные теряются при отключении питания.

Преимущества использования DRAM (по сравнению с SRAM) заключаются в низких затратах на производство и большей емкости памяти. Недостатками использования DRAM (по сравнению с SRAM) являются более медленные скорости доступа и высокое энергопотребление.

Из-за этих характеристик DRAM используется в таких устройствах:

Системная память
Видео графическая память

В 1990-х годах разработана расширенная динамическая ОЗУ с данными (EDO DRAM), за которой последовала ее эволюция, ОЗУ Burst EDO (BEDO DRAM). Эти типы памяти были привлекательны благодаря повышенной производительности/эффективности при меньших затратах. Но технология устарела в результате разработки SDRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ (SDRAM)

Время на рынке: с 1993 года по настоящее время
Популярные продукты с использованием SDRAM: компьютерная память, игровые приставки

SDRAM - это классификация DRAM, которая работает синхронно с тактовой частотой процессора. В начале ожидает тактового сигнала, прежде чем ответить на ввод данных (например, пользовательский интерфейс). DRAM считается асинхронным, так как немедленно реагирует на ввод данных. Но преимущество синхронной работы состоит в том, что ЦП может параллельно обрабатывать перекрывающиеся инструкции, также известные как «конвейерная обработка» - возможность получать (читать) новую инструкцию до того, как предыдущая инструкция полностью разрешена (запись).

Конвейерная обработка не влияет на время, необходимое для обработки инструкций, она позволяет одновременно выполнять больше инструкций. Обработка одной инструкции чтения и одной записи за такт приводит к более высокой общей скорости передачи/производительности ЦП. SDRAM поддерживает конвейеризацию благодаря делению памяти на отдельные участки, что и обусловило ее широкое предпочтение по сравнению с базовым DRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ с одной скоростью передачи данных (SDR SDRAM)

Время на рынке: с 1993 года по настоящее время
Популярные продукты с использованием SDR SDRAM: компьютерная память, игровые приставки

SDR SDRAM - это расширенный термин для SDRAM - два типа - это одно и то же, но чаще всего называют просто SDRAM. «Единая скорость передачи данных» указывает, как память обрабатывает одну инструкцию чтения и одну запись за такт.

Сравнение между SDR SDRAM и DDR SDRAM:

DDR SDRAM считается разработкой второго поколения SDR SDRAM

Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM)

Время на рынке: с 2000 года по настоящее время
Популярные продукты с использованием DDR SDRAM: память компьютера

DDR SDRAM работает как SDR SDRAM, только в два раза быстрее. DDR SDRAM способна обрабатывать две инструкции чтения и две записи за такт (следовательно, «двойной»). Функция DDR SDRAM аналогична, и имеет физические различия (184 контакта и один паз на разъеме) по сравнению с SDR SDRAM (168 контактов и две выемки на разъеме). DDR SDRAM также работает при низком стандартном напряжении (2,5 В от 3,3 В), предотвращая обратную совместимость с SDR SDRAM.

Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (GDDR SDRAM)

Время на рынке: с 2003 года по настоящее время
Популярные продукты, использующие GDDR SDRAM: видеокарты, некоторые планшеты

GDDR SDRAM - это тип DDR SDRAM, специально разработанный для рендеринга видео графики, обычно в сочетании с выделенным графическим процессором (графическим процессором) на видеокарте. Современные компьютерные игры выходят за рамки невероятно реалистичной среды с высоким разрешением, часто требуя здоровенных системных характеристик и лучшего оборудования для видеокарт (особенно при использовании дисплеев с высоким разрешением 720p или 1080p).

Подобно DDR SDRAM, GDDR SDRAM имеет собственную эволюционную линию (повышение производительности и снижение энергопотребления): GDDR2 SDRAM, GDDR3 SDRAM, GDDR4 SDRAM и GDDR5 SDRAM.

Несмотря на то, что у DDR SDRAM есть похожие характеристики, GDDR SDRAM - не совсем то же самое. Существуют заметные различия в том, как работает GDDR SDRAM, в том что касается пропускной способности по сравнению с задержкой. Ожидается, что GDDR SDRAM будет обрабатывать огромные объемы данных (пропускную способность), но не обязательно на самых высоких скоростях (задержка).

Представьте себе шоссе с 16 полосами, установленным на 55 миль в час. Для сравнения, ожидается, что DDR SDRAM будет иметь низкую задержку, чтобы немедленно реагировать на процессор - вспомним двухполосную магистраль, установленную на 85 миль в час.

Флэш-память

Время на рынке: с 1984 года по настоящее время
Популярные продукты, использующие флэш-память: цифровые камеры, смартфоны/планшеты, портативные игровые системы/игрушки

Флэш-память - это тип энергонезависимого носителя данных, который сохраняет все данные после отключения питания. Несмотря на название, флэш-память ближе по форме и действию (то есть к хранилищу и передаче данных) к твердотельным накопителям, чем ранее упомянутые типы ОЗУ.

Что такое SDRAM? Что такое DRAM? А в чем между ними разница? Если вы не знаете, то этот пост - то, что вам нужно. Так что прочтите этот пост, чтобы узнать некоторую информацию о SDRAM и DRAM. Если вы хотите узнать о других типах ОЗУ, перейдите к MiniTool Веб-сайт.

Как вы знаете, на рынке есть разные типы оперативной памяти, такие как ПОЗОР и DRAM. И есть несколько типов DRAM, такие как SDRAM и VRAM . Этот пост в основном говорит о SDRAM и DRAM.

Что такое DRAM?

Прежде чем говорить о DRAM и SDRAM, давайте получим некоторую информацию о том, что такое DRAM. DRAM может использоваться для данных или программного кода, необходимого процессору компьютера для работы. DRAM является наиболее распространенным типом компьютерной памяти и широко используется в цифровых электронных продуктах, для которых требуется недорогая компьютерная память большой емкости. Поскольку данные будут быстро потеряны после сбоя питания, DRAM принадлежит энергозависимой памяти (И относительно энергозависимой памяти).

Чтобы узнать больше о DRAM, прочитайте этот пост - Введение в память DRAM (динамическая память с произвольным доступом) .

Что такое SDRAM?

Тогда что такое SDRAM? Это сокращение от синхронной динамической памяти с произвольным доступом и имеет синхронный интерфейс. Через этот интерфейс изменение управляющего входа можно распознать после нарастающего фронта его тактового входа.

SDRAM VS DRAM: разница между SDRAM и DRAM

В чем разница между SDRAM и DRAM? В этой части мы поговорим о SDRAM и DRAM с трех аспектов, поэтому продолжайте читать, чтобы узнать подробную информацию.

История

Говоря о SDRAM и DRAM, нужно упомянуть историю. Доктор Роберт Деннард изобрел DRAM, работая в IBM в 1967 году, и получил патент на эту революционную технологию в 1968 году. Изобретение Данарда называется ячейкой памяти DRAM, в которой используется один транзистор для чтения и записи на конденсаторы, хранящие данные.

Технология однотранзисторных ячеек памяти Деннарда привела к появлению множества инноваций, в том числе SDRAM, синхронизированной с часами компьютера, что повышает эффективность чтения или записи в оперативная память .

Значимость

Предыдущая форма хранения памяти была размером с комнату и требовала постоянного охлаждения. Однако с развитием технологий хранения в памяти эти устройства стали меньше и дешевле. Технология DRAM, изобретенная доктором Деннардом, сделала огромный скачок в уменьшении размеров и удешевлении компьютерных технологий, которые, следовательно, стали проще в использовании для обычных потребителей.

Характерная черта

ДРАМА

В динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) для хранения данных на конденсаторе используется транзистор, но если конденсатор не будет регулярно перезаряжаться, конденсатор потеряет данные из-за потери заряда. Перезарядка конденсатора является причиной использования слова динамический в динамической памяти с произвольным доступом.

SDRAM

SDRAM синхронизируется с часами компьютера, чтобы он мог более эффективно отправлять инструкции, присоединяясь к конвейеру других инструкций, обрабатываемых компьютером.

Конвейерная обработка информации в компьютере позволяет ему получить другую команду до завершения обработки предыдущей команды. Это позволяет SDRAM работать на более высоких скоростях, что делает его самой популярной формой RAM на компьютерах.

Нижняя граница

SDRAM против DRAM? В чем разница между ними? Прочитав этот пост, вы должны это четко знать. Если у вас есть лучший совет, оставьте комментарий ниже, и мы ответим вам в ближайшее время.

Плашки ОЗУ в материнской плате

Компьютеры старого поколения вряд ли приспособят более современные типы технологий оперативной памяти
Память ноутбука не помещается на десктопах (и наоборот)
RAM не всегда обратно совместима
Система не может смешивать и сочетать разные типы/поколения ОЗУ вместе

Есть кэш-память SRAM?

Приложения

Как и все ОЗУ, DRAM и SRAM являются энергозависимыми и поэтому не могут использоваться для хранения «постоянных» данных, таких как операционные системы, или файлов данных, таких как изображения и электронные таблицы..

Наиболее распространенным применением SRAM является кэш-память процессора (CPU). В спецификациях процессора это указано как кэш-память второго уровня или кэш-память третьего уровня. Производительность SRAM действительно высокая, но SRAM дорогая, поэтому типичные значения кэш-памяти L2 и L3 составляют от 1 до 8 МБ.

Синхронное динамическое ОЗУ с двойной скоростью передачи данных (DDR SDRAM)

Время на рынке: с 2000 года по настоящее время
Популярные продукты с использованием DDR SDRAM: память компьютера

Структура и функции

Структуры ОЗУ обоих типов отвечают за их основные характеристики, а также за их плюсы и минусы. Техническое подробное объяснение того, как работают DRAM и SRAM, см. В этой технической лекции из Университета Вирджинии..

Динамическая RAM (DRAM)

Каждая ячейка памяти в микросхеме DRAM содержит один бит данных и состоит из транзистора и конденсатора. Транзистор функционирует как переключатель, который позволяет схемам управления на микросхеме памяти считывать конденсатор или изменять его состояние, в то время как конденсатор отвечает за удержание бита данных в форме 1 или 0..

С точки зрения функции, конденсатор похож на контейнер, в котором хранятся электроны. Когда этот контейнер заполнен, он обозначает 1, в то время как контейнер, пустой электронов, обозначает 0. Однако конденсаторы имеют утечку, которая приводит к тому, что они теряют этот заряд, и в результате «контейнер» становится пустым через несколько секунд. миллисекунды.

Таким образом, чтобы чип DRAM работал, ЦПУ или контроллер памяти должны перезарядить конденсаторы, заполненные электронами (и, следовательно, указать 1), перед тем как они разрядятся, чтобы сохранить данные. Для этого контроллер памяти считывает данные и затем переписывает их. Это называется обновлением и происходит тысячи раз в секунду в микросхеме DRAM. Здесь также происходит «Динамическое» в динамическом ОЗУ, поскольку оно относится к обновлению, необходимому для сохранения данных..

Из-за необходимости постоянно обновлять данные, что занимает много времени, DRAM медленнее.

Статическая RAM (SRAM)

Статическая RAM, с другой стороны, использует триггеры, которые могут находиться в одном из двух стабильных состояний, которые схема поддержки может считывать как 1 или 0. Триггер, хотя требуется шесть транзисторов, имеет преимущество: не нуждается в обновлении. Отсутствие необходимости постоянно обновлять делает SRAM быстрее, чем DRAM; однако, поскольку для SRAM требуется больше деталей и проводки, ячейка SRAM занимает больше места в микросхеме, чем ячейка DRAM. Таким образом, SRAM дороже не только потому, что на чип приходится меньше памяти (менее плотно), но и потому, что их сложнее изготовить.

скорость

Поскольку SRAM не нужно обновлять, обычно это происходит быстрее. Среднее время доступа DRAM составляет около 60 наносекунд, тогда как SRAM может дать время доступа всего 10 наносекунд..

Где мы используем SRAM?

Также есть статическая RAM (SRAM), которую не нужно обновлять. Хотя SRAM работает быстрее, чем DRAM, в ней используется больше транзисторов, и поэтому она более дорогая; он используется в основном для внутренних регистров ЦП и кэш-памяти.

Любая микропроцессорная система, вне зависимости от типа используемого микроконтроллера или процессора, в обязательном порядке требует памяти (рис. 1). В памяти хранится исполняемая процессором программа. Там же помещаются данные, используемые при вычислениях. Данные могут поступать от датчиков или появляться в результате расчетов, они также могут изначально размещаться в памяти при программировании.

Рис. 1. Процессор использует память для хранения программ и данных

В идеальном мире для хранения данных и программ будет достаточно одного вида памяти. Однако в реальности существующие технологии памяти вынуждают пользователя искать компромисс между несколькими параметрами, например, между скоростью доступа, стоимостью и длительность сохранения данных.

Например, жесткий диск (HDD), используемый в большинстве ПК, может хранить большой объем информации и имеет относительно низкую стоимость. Кроме того, информация, размещенная на HDD, не теряется при выключении ПК. В то же время скорость обмена при работе с жестким диском оказывается достаточно низкой.

Оперативная память ПК хотя и отличается высокой ценой и не сохраняет данные при отключении питания, но вместе с тем скорость обмена данными между ОЗУ и процессором оказывается гораздо выше, чем при работе с жестким диском.

Память можно разделить на две основные категории: энергозависимую (volatile) и энергонезависимую (non-volatile). Энергозависимая память теряет свое содержимое при отключении питания. Энергонезависимая память сохраняет данные даже при отключении питания.

В общем случае энергонезависимая память работает медленнее, но стоит дешевле, чем энергозависимая память. Чаще всего энергонезависимая память используется для хранения программ и пользовательских данных. Энергозависимая память в основном необходима для хранения часто используемых данных. Кроме того, в высокопроизводительных устройствах после запуска процессора программа копируется из энергонезависимой памяти в ОЗУ и далее выполняется оттуда.

Энергонезависимая память

Почти вся энергонезависимая память использует одну и ту же базовую технологию для хранения битов данных. Значение каждого бита по существу определяется наличием или отсутствием заряда, хранимого на плавающем затворе МОП-транзистора. От заряда на этом плавающем затворе зависит, находится ли канал МОП-транзистора в проводящем состоянии или нет, тем самым, кодируется логический уровень элементарной ячейки памяти.

Инжекция или удаление заряда изолированного затвора осуществляется за счет подачи высокого напряжения определенной полярности на традиционный затвор транзистора. В результате энергонезависимая память имеет несколько важных особенностей.

Во-первых, чтобы перезаписать бит памяти, его необходимо сначала стереть. При этом механизм записи с переносом заряда характеризуется таким негативным эффектом, как деградация ячейки памяти. Деградация приводит тому, что после многочисленных циклов записи/стирания ячейка памяти теряет способность хранить заряд, то есть перестает выполнять свою главную функцию.

Различные виды энергонезависимой памяти отличаются способом организации битов в микросхеме, что в свою очередь определяет, насколько легко и как быстро к ним можно получить доступ. Таким образом, когда речь заходит об энергонезависимой памяти помимо показателей скорости и стоимости в игру вступают дополнительные факторы. Эти факторы привели к появлению различных технологий энергонезависимой памяти.

Flash

Flash чаще всего используется для хранения программ и констант в микроконтроллерах, а также для хранения загрузчика в ПК.

Существует два основных типа Flash: NAND и NOR. Оба типа Flash имеют свои достоинства и недостатки и применяются в различных приложениях.

NOR Flash, как правило, выступает в роли XIP-памяти (Execute In Place), то есть может использоваться как для хранения, так и для выполнения программ. В большинстве случаев, NOR Flash оказывается дороже и быстрее, чем NAND Flash.

NAND Flash обычно используется в SSD-дисках, USB-накопителях, а также является основным типом памяти для SD-карт.

EEPROM

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) – достаточно медленный и относительно дорогой тип памяти. Вместе с тем EEPROM обеспечивает простоту доступа к данным. Если во Flash организован постраничный доступ к памяти, то EEPROM позволяет записывать и стирать отдельные байты. Таким образом, EEPROM является оптимальным вариантом для хранения данных конфигурации и пользовательской информации во встраиваемых системах.

SSD и SD

В SSD-накопителях (Solid State Drives) и SD-картах (Secure Digital) используется NAND Flash (рис. 2). В таких накопителях работа ведется с большими блоками данных. SSD-накопители и SD-карты обеспечивают более высокую надежность, по сравнению традиционными жесткими дисками (HDD).

Рис. 2. Карта памяти SD (32 ГБ)

Для уменьшения влияния недостатков базовой технологии, в первую очередь деградации, в SSD используются специальные технологии, в том числе, схема обнаружения и исправления ошибок, а также схема равномерного использования ячеек памяти.

В отличие от SSD, SD-карты, в силу своего размера, обычно не отличаются большой емкостью и не обладают технологиями, повышающими надежность хранения данных. Следовательно, они в основном используются в приложениях, требующих не очень частого доступа к данным.

Дискретные микросхемы Flash-памяти большого объема (более нескольких Мбайт) оказываются весьма дорогими, если речь идет о мелком и среднесерийном производстве.

Таким образом, если вашему устройству требуется большой объем Flash (сотни Мбайт - Гбайты), то в большинстве случаев более экономичным решением станет использование SD-карты, по крайней мере, до тех пор, пока вы не достигнете крупносерийного производства, при котором стоимость дискретных микросхем Flash не опуститься до разумного значения.

Другие типы энергонезависимой памяти

В этом разделе кратко описаны некоторые другие типы энергонезависимой памяти, которые широко использовались в прошлом.

Постоянная память ROM. Содержимое этой памяти программируется на этапе производства и не может быть изменено в процессе эксплуатации.

Однократно программируемая пользователем память PROM (Programmable ROM). Содержимое этой памяти может быть однократно запрограммировано пользователем.

Стираемая память EPROM (Erasable Programmable ROM). Микросхемы EPROM имеют небольшое окно для стирания содержимого с помощью ультрафиолетового излучения. После стирания память EPROM может быть снова запрограммирована.

Рис. 3. Пример устаревшей микросхемы EPROM с окном для стирания УФ-светом

Энергозависимая память

Энергозависимая память RAM (Random Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – это запоминающее устройство, которое сохраняет свое содержимое только при наличии напряжения питания. Существует два типа RAM: статическая и динамическая.

Ячейка динамического RAM или DRAM не только нуждается в присутствии напряжения питания, но и отличается постоянной потерей заряда, из-за чего содержимое DRAM требует периодической регенерации.

Статическая RAM или SRAM не требует регенерации и сохраняет свое содержимое при наличии напряжения питания.

В каких же случаях необходимо использовать SRAM или DRAM вместо любого из описанных выше энергонезависимых типов памяти? Ответ прост – в тех случаях, когда необходима высокая скорость и простота доступа к данным. Оперативная память оказывается не только намного быстрее энергонезависимых типов памяти, но и обеспечивает произвольный доступ к хранящимся в ней данным. Можно записывать или читать данные из любой области памяти с очень высокой скоростью, не беспокоясь о стирании страниц или блоков. Вместе с тем основным недостатком RAM является высокая стоимость. Таким образом, в большинстве вычислительных систем обычно используют комбинацию из RAM и flash-памяти. При этом каждый из этих типов памяти решает конкретные задачи, с учетом оптимального использования их преимуществ.

В категории энергозависимой памяти SRAM оказывается быстрее, чем DRAM, но при этом отличается и более высокой стоимостью. Это связано с тем, что для реализации ячейки SRAM требуется от четырех до шести транзисторов, а для ячейки DRAM требуется только один. Следовательно, на кристалле одного и того же размера можно уместить гораздо больше ячеек DRAM, чем ячеек SRAM.

В то же время для работы с DRAM требуется контроллер, который будет автоматически выполнять периодическую регенерацию содержимого памяти. Таким образом, использование DRAM вместо SRAM имеет смысл только в том случае, если стоимость контроллера перекрывается дешевизной DRAM-памяти.

SRAM чаще всего применяется в тех случаях, когда высокая скорость доступа имеет критическое значение, а объем необходимой памяти оказывается относительно небольшим.

Таким образом, SRAM обычно используется в микроконтроллерах, где небольшой объем статической памяти обеспечивает меньшую стоимость по сравнению с DRAM с собственным контроллером памяти. SRAM также используется в качестве высокоскоростной кэш-памяти внутри микропроцессоров, благодаря высокой скорости доступа.

Виды DRAM

Существуют различные виды DRAM. Исторически первые микросхемы DRAM сначала уступили место FPRAM (Fast Page RAM), которые в свою очередь были заменены на EDO RAM (Extended Data Output RAM), на смену которым, в конце концов, пришли микросхемы синхронной памяти DRAM или SDRAM.

Новые поколения SDRAM используют двойную скорость передачи данных (SDRAM included Double Data Rate). Речь идет о DDR2, DDR3 и DDR4.

Хотя каждое новое поколение SDRAM имело некоторые улучшения по сравнению с предыдущими поколениями, следует отметить, что сама базовая динамическая ячейка ОЗУ оставалась практически без изменений и обеспечивала лишь незначительное увеличение скорости доступа. С другой стороны, плотность размещения ячеек памяти или общее количество битов, упакованных в один чип, значительно увеличилось с течением времени. Тем не менее, основные улучшения в новых поколениях SDRAM были связаны именно с увеличением скорости передачи данных и уменьшением удельного энергопотребления.

SDRAM является основой для всех современных видов DRAM. До появления SDRAM память DRAM использовала асинхронной обмен, то есть после запроса на чтение данные сразу же появлялись на шине данных. В SDRAM данные синхронизируются с помощью тактового сигнала.

Например, после того, как SDRAM-память получает команду чтения, она начинает выставлять данные спустя определенное количество тактов. Эта задержка известна как строб адреса столбца CAS (Column Address Strobe). Она имеет фиксированное значение для каждого модуля памяти.

Кроме того, в SDRAM считывание данных всегда синхронизируется по фронту тактового сигнала. Таким образом, процессор точно знает, когда ожидать запрошенные данные.

DDR DRAM

Говоря о первом поколении SDRAM, его часто называют памятью с однократной скоростью передачи данных или SDR (Single Data Rate). Следующим эволюционным шагом в развитии SDRAM стало появление DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) или памяти с удвоенной скоростью передачи данных.

На рис. 4 показана разница в обмене данными при работе с SDR и DDR SDRAM. Обратите внимание, что на этом рисунке задержка CAS не показана.

Рис. 4. Передача данных при работе с SDR и DDR. Прием данных DDR выполняется как по фронту, так и по срезу тактового сигнала

DDR2, DDR3 и DDR4

При переходе от SDR к DDR передача данных стала вестись как по фронту, так и по срезу тактового сигнала. Далее при переходе от DDR2 к DDR4 SDRAM скорость передачи возрастала за счет использования некоторых хитрых приемов. При этом, как уже упоминалось ранее, скорость доступа к содержимому ячейки памяти DRAM не сильно изменилась из-за ограничений базовой технологии. В реальности эту скорость удалось увеличить всего в два раза.

Рис. 5. Модуль DDR-памяти, используемый в компьютерах

Не вдаваясь в технические тонкости, можно отметить, что одним из «хитрых» способов повышения скорости передачи является увеличение разрядности шины данных. Очевидно, что если организация памяти позволяет считать за один цикл доступа сразу несколько битов, то это приводит к кратному увеличению скорости передачи данных.

Поскольку доступ к памяти обычно осуществляется последовательно, CAS определяет некоторую задержку между подачей команды чтения и готовностью данных. Следовательно, еще одна хитрость, позволяющая увеличить скорость чтения, заключается в поддержке циклов многократного чтения или в возможности предварительного выбора данных. Эти функции позволяют контроллеру памяти заранее подготовить новый блок данных для следующей передачи.

Наконец, достижения в кремниевой полупроводниковой технологии позволяют снизить рабочее напряжение, а значит уменьшить удельное потребление на бит и увеличить объем памяти при том же энергопотреблении.

Заключение

В большинстве микропроцессорных устройств требуется как энергонезависимая, так и энергозависимая память. Однако выбор оптимального типа памяти зависит от особенностей конкретного приложения.

Память оказывает большое влияние на производительность, стоимость и энергопотребление. По этой причине выбор оптимального типа памяти является очень важной задачей.

Как и в случае со всеми инженерными задачами, разработка электронных устройств очень часто требует поиска компромиссных решений. Теперь, когда вы знаете о достоинствах и недостатках различных типов памяти, вы сможете выбрать оптимальный тип памяти для вашего нового устройства.

Читайте также: