常用存储器(SRAM、DRAM、PSRAM)简单介绍

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存储器通常用于临时存储或长期存储数据的各种电子、磁性、激光和化学产品。计算机中常见的存储器包括ROM、RAM、硬盘、光盘以及相关驱动器等。
 
一、存储器的常见分类
 
数据易失性存储器:如动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)。这些存储器具有较快的读写速度,但在断电后会导致数据丢失。在SoC设计中,通常用作数据缓存和程序缓存。
 
数据非易失性存储器:如NAND/NOR闪存。这类存储器的读写速度较慢,但在断电后数据不会丢失。因此,在SoC设计中可用于存储大量数据或程序。
 
新型存储器PSRAM(伪静态随机存取器):它具备与SRAM相同的接口协议,只需提供地址和读写指令即可实现数据的存取。相比DRAM的实现,PSRAM不需要复杂的内存控制器定期刷新数据,但其内核架构却与DRAM相同。传统的SRAM由6个晶体管构成一个存储单元,而PSRAM则由1个晶体管和一个电容构成一个存储单元,因此可实现更大的存储容量。
 
基于上述分析,与传统存储器相比,PSRAM具有以下优点:
 
更大的带宽:串行PSRAM通过八路串行接口对外连接,在最高200MHz的双数据速率下,可实现超过3Gbps的带宽传输。
 
更高的容量:目前可实现的存储容量为32M、64M、256M,比市面上其他串行接口随机存取器的容量要大得多。
 
更低的成本:串行PSRAM采用DRAM架构,可以有效压缩芯片体积,因此生产成本接近DRAM。
 
更小的尺寸:串行PSRAM与传统RAM存储相比,具有引脚数更少、尺寸更小和成本更低等优势。
 
更广泛的应用:PSRAM采用自行刷新技术,无需刷新电路即可保持内部存储的数据;而DRAM需要定期刷新充电,否则内部数据会丢失。因此,相比传统RAM,PSRAM具有更广泛的应用领域。
 
作为常用的外设存储设备,PSRAM的优点使其被广泛应用。
 
二、SRAM与DRAM的不同之处
 
SRAM(静态RAM)是一种静态随机存取存储器,不需要进行刷新操作。它具有快速的速度,但占用的面积较大。
 
DRAM(动态RAM)是一种动态随机存取存储器,需要实时刷新以保持数据。它价格便宜,通常用于大容量产品。
 
2.1 工作原理
SRAM的存储单元由两个交叉耦合的反相器(T1-T3和T2-T4)组成,通过双稳态来实现数据锁存,无需进行刷新操作。
 
DRAM的存储单元由一个晶体管和一个电容组成,数据以电平为载体保存在电容上。由于电容会发生漏电,因此需要定期进行刷新操作。
 
2.2 面积
存储1位数据所需的晶体管数量,SRAM需要6个,而DRAM只需要1个晶体管加上1个电容。在相同容量下,SRAM需要更多的晶体管,导致其面积是DRAM的4到5倍,并且产生较多的热量。这使得难以制造出大容量的主存储器。
 
2.3 价格
芯片的面积直接影响芯片的价格,相同容量的情况下,SRAM的价格更高。
 
2.4 行列地址复用
实际存储芯片内部是一个二维矩阵,通过行地址和列地址来定位访问的存储单元。
 
对于容量较小的SRAM,地址位宽度不大,行地址和列地址同时输入。
 
对于容量较大的DRAM,地址位宽度较大,由于芯片引脚数量有限,需要依次输入行地址和列地址。
 
2.5 应用场景
SRAM通常用于片内作为CPU或GPU的高速缓存,容量通常在几十KB到几十MB之间。
 
DRAM通常用于片外作为系统的主存储器。
 
SRAM具有比DRAM更快的速度。由于高速缓存追求速度,因此选择了SRAM,而主存储器则追求容量,因此选择了能够在相同空间中存放更多数据且价格相对较低的DRAM。
 
2.6 总结
SRAM的优点是速度快,但难以制造大容量存储器。
 
DRAM的优点是可以制造大容量存储器,但速度没有SRAM快,并且需要不断进行刷新操作以保存数据,否则内部数据会丢失。因此,DRAM的功耗比SRAM大。
 
三、SDRAM和DDR LPDDR的不同之处
 
3.1 SDRAM
SDRAM(同步DRAM)采用了1T+1C的存储单元结构。由于其同步接口的特点,便于数据读取,广泛应用于内存领域。实际上,真正的异步DRAM已经很少见了。
 
通常情况下,DRAM采用的是异步接口,可以随时响应控制输入的变化。而SDRAM则采用同步接口,严格与系统总线时钟同步,其主要目的是提高读写速度。
 
SDRAM采用了多Bank结构,而DRAM则没有区分Bank的概念,这是两者在结构上最大的不同之处。
 
多Bank的好处在于:SDRAM内部被分成两个以上的Bank,当选中一个Bank进行读写时,未被选中的Bank可以预先充电,并做好必要的准备工作。当下一个时钟周期选中它时,无需等待,即可直接读取数据,从而大大提高了存储器的访问速度。
 
3.2 DDR系列
DDR/DDR2/DDR3实际上是DDR/DDR2/DDR3 SDRAM的缩写,表明它们都是在SDRAM的基础上进行分类。其中的2/3代表第几代产品,通常意味着频率和数据吞吐率的提升。这些产品主要应用于计算机内存等领域。
 
 
3.3 LPDDR系列
LPDDR/LPDDR2/LPDDR3实际上是LPDDR/DDR2/DDR3 SDRAM的缩写,同样也是SDRAM的分类。其中的LP代表低功耗(Low Power),侧重于低功耗场景,在移动设备如手机、平板电脑等领域得到广泛应用。这些设备通常受到空间限制,因此接口的引脚数量有限,并且接口相对于DDR来说更加简化。
 

 

关键词:罗姆存储器

 

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