SRAM vs DRAM |比较，基本结构和差异

内存是现代微处理器系统的重要组成部分，例如计算机，智能手机，网络设备，智能小工具，甚至火箭和卫星。自1960年代后期引入以来，半导体记忆是内存超过磁性（磁带和碟片）和光学格式的首选。半导体记忆有两种类型：挥发性（RAM）和非易失性（ROM）。在本指南中，我们将查看两种不同类型的挥发性记忆，即SRAM和DRAM。我们将了解他们的基本操作，并找出SRAM与DRAM之间的差异。

半导体内存概述

第一个重要的问题是微处理器系统中的内存到底是什么？内存是具有存储数字信息（临时或永久性）能力的设备或系统。

在计算初期，工程师使用磁带和光盘来存储信息。圆形基材上磁场（北部和南）的极性表示数字逻辑值（0和1）。

但是，半导体设计和制造业的技术发展产生了半导体记忆。在此系统中，我们使用集成的电路（涉及晶体管，电容器，保险丝等）存储信息。

与磁磁带或光盘不同，半导体内存没有任何机械或运动部件。因此，我们还将半导体称为固态记忆（作为晶体管，是许多半导体设备的构建块，称为固态设备）。

在进一步进行之前，我们需要了解与内存相关的几个重要术语。我们将存储在内存中的信息称为数据，最小的数据有点（逻辑1或逻辑0）。

当我们将数据放入内存中时，我们将此操作称为编写数据。同样，当我们从内存中检索数据时，我们将其称为读取数据。

半导体内存分类

现在让我们看到可以对半导体记忆进行分类的不同方式。

挥发性与非易失性记忆

我们可以将半导体内存分类（因为这是讨论的主要主题，我们将坚持半导体的记忆，并忽略其他类型的记忆）将基于它们是否保留数据时是否保留数据的两个类别。它们是挥发性和非易失性的记忆。

术语挥发性内存是指在关闭电源时无法保存数据的那些内存设备（要么手动关闭系统或由于电源故障而关闭）。

非挥发性内存是指即使我们删除电源后也可以保存数据的内存设备。由于挥发性内存不必为永久存储数据而费力，因此它比非易失性的速度稍快。因此，我们使用挥发性内存在系统运行时保存关键系统信息。非挥发性内存也很重要，尽管它具有较慢，因为它具有启动命令，OS（操作系统）或固件（在嵌入式系统中）以及应用程序。

仅阅读vs读/写

对半导体进行分类的另一种方法是基于我们访问数据的方式。他们是：仅阅读并读/写。仅读取内存或ROM是一种内存，在系统持有关键系统数据和应用程序时，该内存不应更改。

相比之下，即使系统运行，我们也可以读取和写入读/写内存，因为它拥有临时数据。

随机访问与顺序访问

分类半导体内存的最终方法是基于访问位置。它们是随机访问和顺序访问。使用随机访问存储器或RAM，我们可以随时访问任何内存位置。

但是，对于顺序访问内存，这是不可能的。顾名思义，我们只能顺序访问数据，并且所有内存位置都无法立即访问。顺序访问存储器的一个示例是磁带。为了访问位置，系统必须通过通过所有以前的位置将磁带线轴旋转到该位置。

这里的重要一点是，几乎所有的半导体记忆都是随机访问记忆。这是我们对RAM和ROM术语感到困惑的地方。

从技术上讲，术语ROM（仅读取内存）是指系统运行时无法修改的内存。我们以某种方式将其与非易失性记忆相关联。

进入RAM（随机访问存储器），这意味着我们几乎可以立即从任何内存位置访问数据（与顺序内存相比，我们必须等到到达该位置）。同样，我们以某种方式将RAM与挥发性内存相关联。

在其余的讨论中，我们将忽略术语的真正含义，并继续将RAM与挥发性记忆和ROM与非挥发性记忆联系起来。

一些常见且流行的非易失性记忆技术是：

• ROM（仅读取记忆）
• MROM（掩码仅读取记忆）
• PROM（可编程仅读取内存）
• EPROM（可擦除可编程仅读取内存）
• EEPROM（可擦除的可编程可编程仅读取内存）
• 闪存

只有两个挥发性记忆技术的孩子。他们是：

• SRAM（静态随机访问存储器）
• DRAM（动态随机访问存储器）

在接下来的几个部分中，我们将简要了解SRAM和DRAM，并比较SRAM与DRAM。

什么是SRAM？

SRAM是静态随机访问存储器的缩写。它是一种挥发性内存，主要用作嵌入式内存（微处理器和缓存的内部寄存器）。SRAM类似于Bistable触发器，我们通过设置或清除触发器的状态来存储数据。

SRAM中的“静态”一词意味着它不需要内存刷新，并且一旦编写数据，它就会保持直到提供电源为止。这与DRAM相反，DRAM也需要定期刷新以保持内存即使连接到电源（因为它将数据作为电荷存储在电容器上 - 我们将在下一节中了解更多）。

由于SRAM深深地嵌入了微处理器的体系结构中，因此制造过程类似于CPU核心的工艺。

SRAM的结构

以下显示了1位SRAM存储单元的基本结构。在这里，存储单元是可以容纳1位数据的最小组件组。

从图像来看，电路似乎有点复杂，但实际上是与两个通过晶体管的交叉耦合逆变器。下图显示了用NMO和PMOS晶体管对逆变器的分解。该电路稍微更容易理解。

逆变器中的两个PMO晶体管充当引体向上，而两个NMO晶体管则作为下拉。虽然早期的SRAM设计使用了所有6个晶体管-6T（交叉耦合逆变器和两个传球晶体管），但另一个流行的设计是将多硅载荷电阻用作上拉，而不是PMOS晶体管。

这显着降低了记忆电池的大小，因为它本质上只有4个晶体管，而负载电阻（具有高电阻）由晶体管顶部的多硅层组成。

SRAM记忆单元格还有一些设计。一个人用多硅烷PMO代替了大负载电阻（由于需要稍大以克服泄漏电流，因此它们取代了。该设计的优点是，它们仍然可以用NMOS层顶部的poly-PMOS层制造，并且总体特性比Poly-Load电阻器设计更好。

随着集成在CPU模具中的高速缓存的大小正在增加，在常规硅的顶部将一层变得复杂。结果是没有上拉负载的4晶体管（4T）设计。这显着降低了记忆电池的大小，因为它只有4个晶体管，但设计师必须在泄漏电流方面格外小心。

在所有这些设计中，由于多载层的复杂性，从制造的角度来看，6T SRAM存储单元仍然是流行的选择。您可能已经听说过CPU缓存内存。它实际上是嵌入CPU模具上的SRAM类型内存。

什么是DRAM？

当我们将SRAM电路与Bistable闩锁电路进行比较时，在DRAM方面，情况却大不相同。对于初学者，DRAM单元格（我们将在后面看到详细信息），我们使用电容器上存储的电荷（或缺乏电荷）来表示二进制数据。

这种类型的内存之所以称为“动态”，是因为电容器上的电荷也会慢慢泄漏，即使电路连接到电源。为了克服这种泄漏，我们必须定期为电容器充电（称为内存刷新）。

即使有记忆刷新电路的额外复杂性，DRAM的优势也是其每位低成本，高内存密度和高容量。结果，DRAM成为现代微处理器系统的“主要记忆”。我们在台式机和笔记本电脑（DIMM和SODIMMS）中使用的RAM棒实际上是DRAM。

DRAM的结构

较早的DRAM设计（1970年代）具有四个或三个晶体管，其中有一个或两个寄生储能。这些很大，芯片面积很大，每位成本高。在基本电路中添加的是额外的电路，可以定期间隔刷新电容器上的电荷。

工程师和科学家能够使用新的晶体管一个电容器（1T-1C）设计大大减少巨大细胞的大小。下图显示了带有存储电容器的流行1T DRAM单元。

由于单个DRAM单元仅需要一个晶体管（和一个电容器）来存储1位，因此DRAM单元的面积非常小于SRAM单元（它需要6个晶体管才能存储1位）。因此，DRAM的记忆密度明显高于SRAM。同样，在DRAM的情况下，制造成本也很少。

我们使用DIMM（双线内存储器模块）和SO-DIMM（小轮廓DIMM）棒添加到主板上的所有计算机存储器实际上是DRAM。从技术上讲，它是DDR SDRAM（双数据速率同步动态随机访问存储器），DDR4和DDR5是最新的迭代。

SRAM与DRAM的比较

现在让我们将SRAM与DRAM相对于成本，性能，密度和其他重要参数进行比较。

笔记：我们没有深入研究SRAM和DRAM的运作，因为本指南重点介绍了SRAM vs DRAM的基础知识。如果您有兴趣，我们可以对SRAM和DRAM的工作进行深入的指南。

结论

SRAM和DRAM是现代计算系统中半导体内存的两种重要类型。尽管它们俩本质上都是挥发性的，但它们存储数据的方式是完全不同的。在本指南中，我们看到了半导体记忆，SRAM，DRAM以及它们各自的结构的基础。我们还看到了详细的SRAM与DRAM比较。