SDRAM是什么？它的基本概念介绍

DRAM" target="_blank">SDRAM 英文全称“Synchronous Dynamic Random Access Memory”，译为“同步动态随机存取内存”或“同步动态随机存储器”，是动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，简称 DRAM)家族的一份子。

同步(Synchronous)：与通常的异步 DRAM 不同， SDRAM 存在一个同步接口，其工作时钟的时钟频率与对应控制器(CPU/FPGA)的时钟频率相同，并且 SDRAM 内部的命令发送与数据传输均以此时钟为基准，实现指令或数据的同步操作;

动态(Dynamic)： SDRAM 需要不断的刷新来保证存储阵列内数据不丢失;

随机(Random)：数据在 SDRAM 中并不是按照线性依次存储，而是可以自由指定地址进行数据的读写。

同步动态随机存取内存(synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM)是有一个同步接口的动态随机存取内存(DRAM)。通常DRAM是有一个异步接口的，这样它可以随时响应控制输入的变化。而SDRAM有一个同步接口，在响应控制输入前会等待一个时钟信号，这样就能和计算机的系统总线同步。时钟被用来驱动一个有限状态机，对进入的指令进行管线(Pipeline)操作。这使得SDRAM与没有同步接口的异步DRAM(asynchronous DRAM)相比，可以有一个更复杂的操作模式。管线意味着芯片可以在处理完之前的指令前，接受一个新的指令。

在一个写入的管线中，写入命令在另一个指令执行完之后可以立刻执行，而不需要等待数据写入存储队列的时间。在一个读取的流水线中，需要的数据在读取指令发出之后固定数量的时钟频率后到达，而这个等待的过程可以发出其它附加指令。这种延迟被称为等待时间(Latency)，在为计算机购买内存时是一个很重要的参数。SDRAM在计算机中被广泛使用，从起初的SDRAM到之后一代的DDR(或称DDR1)，然后是DDR2和DDR3进入大众市场，2015年开始DDR4进入消费市场。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。SDR SDRAM的时钟频率就是数据存储的频率，第一代内存用时钟频率命名，如pc100，pc133则表明时钟信号为100或133MHz，数据读写速率也为100或133MHz。之后的第二，三，四代DDR(Double Data Rate)内存则采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其DDR代数的符号，PC-即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。如PC2700是DDR333，其工作频率是333/2=166MHz，2700表示带宽为2.7G。DDR的读写频率从DDR200到DDR400，DDR2从DDR2-400到DDR2-800，DDR3从DDR3-800到DDR3-1600。很多人将SDRAM错误的理解为第一代也就是 SDR SDRAM，并且作为名词解释，皆属误导。SDR不等于SDRAM。

Pin:模组或芯片与外部电路连接用的金属引脚，而模组的pin就是常说的“金手指”。SIMM：Single In-line Memory Module,单列内存模组。内存模组就是我们常说的内存条，所谓单列是指模组电路板与主板插槽的接口只有一列引脚(虽然两侧都有金手指)。DIMM：Double In-line Memory Module，双列内存模组。是我们常见的模组类型，所谓双列是指模组电路板与主板插槽的接口有两列引脚，模组电路板两侧的金手指对应一列引脚。RIMM：registered DIMM，带寄存器的双线内存模块，这种内存槽只能插DDR或Rambus内存。

SDRAM 全程是 Synchronous Dynamic Random Access Memory，即同步动态随机存储器，同步指内存工作需要同步时钟，动态指需要不停地刷新来保证数据不丢失，随机指数据读写可以制定地址进行操作。SDRAM 存储数据是利用了电容能够保持电荷以及其充放电的特性。SDRAM具有空间存储量大、读写速度快、价格相对便宜等优点。然而由于 SDRAM 内部利用电容来存储数据，为保证数据不丢失，需要持续对各存储电容进行刷新操作;同时在读写过程中需要考虑行列管理、各种操作延时等，由此导致了其控制逻辑复杂的特点。

1、SDRAM内存计算

SDRAM 的内部是一个存储阵列，就像一张表格，我们在向这个表格中写入数据的时候，需要先指定一个行(Row)，再指定一个列(Column)，就可以准确地找到所需要的“单元格”，这就是 SDRAM 寻址的基本原理。图中的“单元格”就是 SDRAM 存储芯片中的存储单元，而这个“表格”(存储阵列)我们称之为 L-Bank。

通常 SDRAM 的存储空间被划分为 4 个 L-Bank，在寻址时需要先指定其中一个 L-Bank，然后在这个选定的 L-Bank 中选择相应的行与列进行寻址(寻址就是指定存储单元地址的过程)。对 SDRAM 的读写是针对存储单元进行的，对 SDRAM 来说一个存储单元的容量等于数据总线的位宽，单位是 bit。那么 SDRAM 芯片的总存储容量我们就可以通过下面的公式计算出来：SDRAM总存储容量 = 行数 × 列数 × L-Bank的数量 × 存储单元的容量

本次设计采用的 SDRAM 芯片为 Winbond W9812G6KH - 6，查询数据手册发现其容量为：2M × 4 banks × 16 bits = 128 Mbit，其中 2M 为“行数×列数”，4为 L-Bank 数量，16 为单个存储单元的容量，即数据位宽。因此每个 Bank 能存储 32 Mbit(33554432 bit)的数据，这些数据组成 4096行 x 512列，每个存储单元存储 16bit 的数据。

2、SDRAM存取原理

SDRAM存储数据是利用了电容的充放电特性以及能够保持电荷的能力。一个 1bit 的存储单元的结构如下图所示，它主要由行列选通三极管，存储电容，刷新放大器组成。行地址与列地址选通使得存储电容与数据线导通，从而可进行放电(读取)与充电(写入)操作。

SDRAM 存储数据是利用了电容能够保持电荷以及其充放电的特性。对于这 1 bit 的的数据，首先需要打开行地址线，然后打开列地址线，选中存储单元。接着打开行选通三极管，再打开列选通三极管，对存储电容进行放电，电容的电平状态就能呈现在位线上，即实现了数据读取。当位线的的电平值送到存储电容上，对存储电容进行充电，就实现了数据写入。刷新放大器的作用是将电容放大，便于传输。

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取存储器)是一种储存外界讯号和数据的设备，主要用来存取具有实时要求的程序。能够根据外界讯号实时以某种以固定时间间隔规律向外供应数据。它是指不包括DRAM(一种半导体元件)在内的存储器，可以给处理器(CPU)同步提供内存数据。

SDRAM不同于DRAM，是一种芯片结构，可以与处理器(CPU)同步工作，即同步外部时钟。它也与SDRAM有着极大的区别：如果要使DRAM的内容保持有效，那么必须要不断地更新存储空间中的数据。但是SDRAM是有刷新时钟，因此可以保持数据的准确性而不需要每隔一定的时间对数据进行刷新。

另外，SDRAM具有以下优点：

1. SDRAM是一种高速存储技术，它可以提升计算机的性能和运行速度，大大提高计算机处理器(CPU)更多任务的能力。

2. SDRAM方案的容量可以扩大几十倍，并可超出DRAM容量的上限。

3. SDRAM的读取速度也是比较快的。

4. SDRAM的能量效率很高，可以长时间的保持数据的有效性，不需要每次频繁的读取数据。

5. SDRAM省电，可以更好的完成复杂操作，而且不会消耗太多的电力。

综上所述，SDRAM是一种具有高速、高容量、高效率、节能等特点的动态存储器。它既能提高计算机的速度，还能减少计算机本身的功率消耗。