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计算机组成原理 · 存储器

SRAM和DRAM对比

重要度 ⭐⭐存储器
速查
SRAM 用触发器(快、贵、不刷新),用于 Cache;DRAM 用电容(慢、便宜、需刷新),用于主存。DRAM 采用地址复用(RAS/CAS 分两次送地址)减少引脚,且破坏性读出需重写。

核心概念

SRAM(Static RAM)和 DRAM(Dynamic RAM)是两种主要的半导体随机存储器,核心区别在于存储信息的机制不同:SRAM 用触发器,DRAM 用电容。

核心对比表

对比项SRAMDRAM
存储元件触发器(6 个晶体管)电容(1 晶体管 + 1 电容)
信息存储触发器的两个稳定状态电容的充电/放电状态
是否需要刷新不需要需要(电容会漏电)
读出方式非破坏性读出破坏性读出(读后需恢复)
速度较慢
集成度
功耗较大
价格便宜
主要用途Cache主存
外部地址线一组两组(地址复用)

关键定义

存储元件对比

特性SRAM(触发器)DRAM(电容)
存储原理双稳态触发器电容充放电
晶体管数6 个/位1 个/位 + 电容
稳定性自保持,无需干预电容会漏电,需定期刷新
读出影响非破坏性破坏性读出

DRAM 刷新机制

刷新方式说明特点
集中刷新一个刷新周期内集中刷新所有行有死时间
分散刷新每次读写周期后插入刷新无死时间,但加长周期
异步刷新刷新分散到整个刷新周期内折中方案(408 常考)

DRAM 地址复用

操作说明
行地址选通先送行地址,用 RAS(行地址选通)信号锁存
列地址选通再送列地址,用 CAS(列地址选通)信号锁存
地址线数原需 2n 条,复用后只需 n 条

DRAM 读操作时序

步骤操作说明
1送行地址地址线上传送行地址
2RAS 有效锁存行地址
3送列地址地址线上传送列地址
4CAS 有效锁存列地址
5数据输出选中单元数据输出

手算示例

示例 1:存储器容量与地址线计算

某 DRAM 芯片容量为 $4M \times 8$ 位,采用地址复用,求地址线数:

4M = 2^22,需要 22 位地址
地址复用:行地址和列地址各 11 位
地址线数 = 11 条(而非 22 条)
数据线数 = 8 条

示例 2:刷新时间计算

某 DRAM 有 1024 行,刷新周期为 2ms:

集中刷新(设存取周期 0.5μs):

死时间 = 1024 × 0.5μs = 512μs
死时间比率 = 512μs / 2ms = 25.6%

异步刷新

刷新间隔 = 2ms / 1024 ≈ 1.95μs(每隔约 1.95μs 刷新一行)

示例 3:SRAM vs DRAM 选型

  • ① 高速缓存 → SRAM(速度快,容量需求小)
  • ② 主存 → DRAM(容量大,成本适中)
  • ③ 大容量存储 → 磁盘/SSD(非易失,容量大)

示例 4:DRAM 芯片引脚计算

$16M \times 1$ 位 DRAM 芯片,采用地址复用:

16M = 2^24,地址 24 位
地址复用:地址引脚 12 个
数据引脚:1 个;控制引脚:约 4 个(RAS/CAS/WE/CS)
电源引脚:约 2 个(VCC/GND)
总引脚数 ≈ 20 个(远少于不复用的 24+1+4+2 = 31 个)

常见考法

  1. SRAM 和 DRAM 特性对比:表格记忆。
  2. DRAM 刷新方式:集中、分散、异步的区别。
  3. 地址复用:引脚数量计算。
  4. 刷新时间计算:死时间比率。
  5. 应用场景:Cache 用 SRAM,主存用 DRAM。

易错点

必记
  1. 混淆刷新需求:SRAM 不需要刷新,DRAM 必须刷新。
  2. 读出方式:SRAM 非破坏性,DRAM 破坏性读出。
  3. 地址线计算:DRAM 地址复用后地址线数是原来的一半。
  4. 速度:SRAM 约为 DRAM 的 4~10 倍
  5. 刷新以为单位,不是按单元刷新。
  6. RAS 锁存行地址,CAS 锁存列地址。

核心结论

  1. SRAM 用触发器,DRAM 用电容:根本区别。
  2. SRAM 快、贵、不需刷新:适合 Cache。
  3. DRAM 慢、便宜、需刷新:适合主存。
  4. DRAM 地址复用:减少引脚数,降低成本。
  5. DRAM 破坏性读出:读后必须恢复数据。
  6. 刷新以行为单位:每个刷新周期内所有行至少刷新一次。

记忆卡片

SRAM、DRAM 存储信息的根本区别?
SRAM 用触发器(双稳态、自保持);DRAM 用电容(充放电、会漏电需刷新)。
DRAM 的地址复用是什么?
地址分行列两次传送(RAS 锁行、CAS 锁列),共用一组地址线,引脚数减半。
Cache 与主存分别用什么?
Cache 用 SRAM(快),主存用 DRAM(容量大、便宜)。
DRAM 三种刷新方式特点?
集中有死时间;分散无死时间但拖慢;异步均匀分散、折中(408 常考间隔)。

交互动画 · DRAM 地址复用(RAS/CAS)

地址复用:同一组引脚分两次送地址 地址线 行列多路选择 行地址锁存RAS 列地址锁存CAS 存储阵列 × (行×列) 数据输出 RAS 锁存行 · CAS 锁存列 · 地址线数减半
地址复用流程:点击步骤按钮逐步观察行列地址的两次传送
点击①开始(当前无激活信号)
示意图:同一组地址线先送行地址(RAS 锁存),再送列地址(CAS 锁存),最后从存储阵列输出数据;橙色高亮当前激活的部件与数据通路。

相关知识点

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