DRAM introduction

### 动态随机存取内存（DRAM）与双倍数据速率（DDR）介绍 #### 一、DRAM功能介绍 动态随机存取内存（Dynamic Random Access Memory, DRAM），是一种广泛应用于计算机系统的内存类型，因其成本相对较低且容量较大而被广泛应用。DRAM的主要特点是其存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，这种设计决定了DRAM需要周期性地刷新来维持存储的数据不丢失。 #### 二、DRAM与DDR技术比较 1. **传输率**：随着DDR技术的发展，其传输率显著提高。例如，DDR-II的传输率可以达到533/667/800 Mbps，而DDR-I则为266/333/400 Mbps。 2. **预读取位宽**（Pre-fetch）：这是DDR-II相比DDR-I的一个重大改进。DDR-I采用2位预读取，而DDR-II则采用4位预读取，这意味着DDR-II在每个时钟周期内能够处理更多的数据。 3. **突发长度**（Burst Length）：DDR-II支持4/8的突发长度，而DDR-I支持2/4/8。突发长度指的是连续访问的内存地址的数量，较长的突发长度有助于提高数据传输效率。 4. **高速延迟锁相环（DLL）**：DDR-I和DDR-II都配备了DLL，它用于同步数据传输与系统时钟之间的偏移，这对于保证数据完整性至关重要。 5. **数据选通信号（Data Strobe, DQS）**：DDR-II支持单端和差分模式的数据选通信号，而DDR-I仅支持单端模式。差分模式可以提供更好的信号完整性，并减少电磁干扰。 6. **时钟信号**：两者都使用差分时钟信号，这有助于提高信号质量和稳定性。 7. **数据速率**：两者的数据速率均为2/tck，即每个时钟周期传输两次数据。 8. **DDR-III**：相较于DDR-II，DDR-III提供了更高的传输率（1066/1333/1600 Mbps），更大的预读取位宽（8位），以及更长的突发长度（4/8）。此外，DDR-III还采用了更低的核心电压（1.8V），并引入了新的功能，如OCD控制（输出驱动强度校准）和ODT控制（输出数据总线端接），这些都有助于减少功耗并提高信号完整性。 #### 三、DRAM单元结构与操作原理 - **单元结构**：DRAM的基本存储单元包括一个控制晶体管和一个电容器。晶体管的作用是控制对电容器的访问，而电容器则用来存储数据。当电容器充电时代表“1”，放电时代表“0”。 - **操作原理**： - **读取操作**：读取数据时，通过激活行选择线（Word Line, WL）打开相应的晶体管，从而将电容器连接到位线（Bit Line, BL）。此时，电容器的状态会影响位线上的电压变化。 - **写入操作**：写入数据时，通过激活行选择线打开晶体管，并将外部电压施加到位线上，从而使电容器充电或放电，以表示不同的数据值。 - **刷新操作**：由于电容器会逐渐泄露电荷，因此需要定期进行刷新操作以保持数据的准确性。这一过程涉及重新充电电容器以恢复其原始状态。 #### 四、DDR技术的新特性与优势 - **OCD控制**：通过调整输出驱动强度来适应不同的信号负载，有助于提高信号完整性。 - **ODT控制**：自动调整数据总线端接电阻，减少反射和串扰，提高信号质量。 - **ZQ校准**：确保数据总线的终端电阻与标准电阻匹配，从而减少信号反射。 - **动态ZQ校准**：允许在运行过程中根据温度和电压的变化自动调整ZQ电阻值。 - **低核心电压**：DDR-III采用了更低的核心电压（1.5V），降低了功耗。 - **新的接口标准**：如SSTL_15，进一步优化了信号质量和能耗。 - **新封装形式**：如BGA（Ball Grid Array），提供更好的热性能和电气性能。 随着DDR技术的不断进步，其在传输速率、功耗管理和信号完整性方面取得了显著的进步，为现代计算系统提供了更加高效、可靠的内存解决方案。