各种RAM的原理及区别

一、引言

在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。
 
存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器。主存储器简称内存，内存在电脑中起着举足轻重的作用，一般采用半导体存储单元。因为RAM是内存其中最重要的存储器，所以通常我们直接称之为内存。

内存就是存储程序以及数据的地方，比如当我们在使用WPS处理文稿时，当你在键盘上敲入字符时，它就被存入内存中；当你选择存盘时，内存中的数据才会被存入硬盘。
 
二、关于RAM

RAM：Random Access Memory，随机存取存储器。
 
RAM也叫内存、主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器，它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快（相对Flash）。
 
RAM特点：

1、随机存取

所谓“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置或所写入的位置无关。相对的，读取或写入顺序访问存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系。它主要用来存放操作系统、各种应用程序、数据等。
 
2、易失性

当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中。RAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会自动消失，而ROM不会自动消失，可以长时间断电保存。
　　
3、对静电敏感

正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。
　　
4、访问速度

现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，存取延迟和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。
　　
5、需要刷新

现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1，未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。
 
刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。
 
三、RAM类别

根据存储单元的工作原理不同， RAM分为：静态RAM和动态RAM。
　　
1.静态随机存储器（SRAM）

静态存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而构成的。因此，它是靠触发器的自保功能存储数据的。
 
我们平时在一些开发板上都能看见，比如：ISSI的芯片
 
2.动态随机存储器（DRAM）

动态RAM的存储矩阵由动态MOS存储单元组成。动态MOS存储单元利用MOS管的栅极电容来存储信息，但由于栅极电容的容量很小，而漏电流又不可能绝对等于0，所以电荷保存的时间有限。
 
为了避免存储信息的丢失，必须定时地给电容补充漏掉的电荷。通常把这种操作称为“刷新”或“再生”，因此DRAM内部要有刷新控制电路，其操作也比静态RAM复杂。
 
尽管如此，由于DRAM存储单元的结构能做得非常简单，所用元件少，功耗低，已成为大容量RAM的主流产品。

四、关于SDRAM

看到这里，可能有部分读者认为：SDRAM = SRAM + DRAM，这其实是错误的。
 
SDRAM：Synchronous Dynamic Random-Access Memory，同步动态随机存取内存。
 
SDRAM是有一个同步接口的动态随机存取内存（DRAM）。
 
同步是指Memory工作需要同步时钟，内部命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进行数据读写。
 
目前的168线64bit带宽内存基本上都采用SDRAM芯片，工作电压3.3V电压，存取速度高达7.5ns，而EDO内存最快为15ns。并将RAM与CPU以相同时钟频率控制，使RAM与CPU外频同步，取消等待时间，所以其传输速率比EDO DRAM更快。
 
SDRAM从发展到现在已经经历了五代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM，第五代，DDR4 SDRAM。
 
第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。
 
工作电压：

SDR：3.3V
DDR：2.5V
DDR2：1.8V
DDR3：1.5V
DDR4：1.2V

五、区别

SRAM是静态随机存储器，主要是依靠触发器存储数据，无需刷新。而DRAM是动态随机存储器，依靠MOSFET中栅电容存储数据，需不断刷新以补充释放的电荷。
 
由于单管就可以实现数据存储，集成度可以做到更高，功耗也更低，更为主流。需要注意的是由于刷新牵涉电容的充放电过程，DRAM的存取速度不及SRAM。
　　
至于SDRAM，为同步动态随机存储器，属于DRAM的一种，其工作过程需要同步时钟的配合。因此可以不考虑路线延时不同的影响，避免不定态。普通的DRAM属于异步传输，存取数据时，必须等待若干个时钟以后才进行操作（考虑不定态），因为会花费较多的时间，影响了数据的传输速率。随着时钟频率的不断增高，这个瓶颈的限制就会越来越明显，SDRAM的优势也就更能体现出来。