动态随机存取存储器

  动态随机存取存储器,简称动态随机存储器,英文为DRAM(Dynamic Random Access Memory),是一种依靠电容存储且须定期刷新的随机存取存储器。动态随机存取存储器具有集成度高、功耗低等优点,适合于计算机的内存。

概述

  动态随机存取存储器是一种使用场效应管栅极、电容作储存元件的MOS存储器,输入数据以动态形式予以存储。DRAM只能将数据保持很短的时间,为了保持数据,DRAM必须隔一段时间刷新(refresh)一次。如果存储单元没有被刷新,数据就会丢失。

  最初,DRAM多使用于关键的存储器中。由于在现实中电容会有漏电的现象,导致电位差不足而使记忆消失,因此除非电容经常周期性地充电,否则无法确保记忆长存。由于这种需要定时刷新的特性,因此被称为“动态”存储器。

  与SRAM相比,DRAM的优势在于结构简单——每一个位的数据都只需一个电容跟一个晶体管来处理,相比之下在SRAM上一个位通常需要六个晶体管。因此,DRAM拥有非常高的密度,单位体积的容量较高,所以成本较低。但相反的,DRAM也有访问速度较慢,耗电量较大的缺点。

  与大部分的随机存取存储器(RAM)一样,由于存在DRAM中的数据会在电力切断以后立刻消失,因此它属于一种易失性存储器(volatile memory)设备。

原理

  动态存储单元是由MOS管的栅极电容C和门控管组成的,利用场效应管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息,以存储电荷的多少,即电容端电压的高低来表示“1”和“0”。数据以电荷的形式存储在栅极电容上,电容上的电压高表示存储数据1;电容没有储存电荷,电压为0,表明存储数据0。因存在漏电,使电容存储的信息不能长久保持,为防止信息丢失,就必须定时地给电容补充电荷,这种操作称为“刷新”。

动态随机存取存储器组成图

特点

  动态随机存取存储器每个存储单元所需的场效应管较少,常见的有4管、3管和单管型DRAM,因此它的集成度较高、功耗也较低,但缺点是保存在DRAM中的信息——场效应管栅极分布电容里的信息随着电容器的漏电而会逐渐消失,一般信息保存时间为2ms左右。为了保存DRAM中的信息,必须每隔1~2ms对其刷新一次。因此,采用DRAM的计算机必须配置动态刷新电路,防止信息丢失。DRAM一般用作计算机中的主存储器。

动态随机存取存储器

存储单元

  动态随机存取存储器的存储单元由硅晶片蚀刻而成,位于由记忆列(位线)和记忆行(字线)组成的阵列之中。位线和字线相交,就形成了存储单元的地址。

  DRAM工作时会向选定的记忆列(CAS)发送电荷,以激活该记忆列上每个位元处的晶体管。写入数据时,记忆行线路会使电容保持应有状态。读取数据时,由灵敏放大器测定电容器中的电量水平。如果电量水平大于50%,就读取1值;否则读取0值。计数器会跟踪刷新序列,即记录下哪些行被访问过,以及访问的次序。完成全部工作所需的时间极短,需要以纳秒(十亿分之一秒)计算。存储器芯片被列为70纳秒级的意思是,该芯片读取单个存储单元并完成再充电总共需要70纳秒。

动态随机存取存储器

  如果没有读写信息的策略作为支持,存储单元本身是毫无价值的。所以存储单元拥有一整套由其他类型的专用电路构成的底层设施。这些电路具有下列功能:

  1.判别记忆行和记忆列的地址(行选址和列选址);

  2.记录刷新序列(计数器);

  3.从存储单元中读取、恢复数据(灵敏放大器);

  4.告知存储单元是否接受电荷(写保护);

  5.内存控制器要执行其他一些任务,包括识别存储器的类型、速度和容量,以及检错等等。

相关百科