DDR SDRAM基本原理

DDR SDRAM，全称为Double Data Rate SDRAM，是一种双倍数据流同步动态随机存取存储器。这种内存技术是在SDRAM的基础上改进而来，它能够在每个时钟周期的上升沿和下降沿都进行一次数据传输，从而实现数据传输速率的加倍。DDR SDRAM之所以能够打败其它如RDRAM的竞争对手，并成为主流内存技术，主要是因为它在转产成本上的优势以及性能上的显著提升。 DDR SDRAM的基本原理涉及到几个关键概念和技术，包括两位预取、差分时钟、数据选取脉冲（DQS）、写入延迟、突发长度和写入掩码等。 两位预取（2-bit Prefetch）是DDR SDRAM的一个核心设计，它意味着在每个时钟周期内，内部存储单元的容量是芯片位宽的两倍。这种设计允许DDR SDRAM在时钟的上升沿和下降沿同时传输数据，相比传统的SDR SDRAM（单数据流SDRAM）而言，在相同的时钟频率下，数据吞吐量实现了两倍的提升。 在操作方面，DDR SDRAM增加了扩展模式寄存器设置（EMRS）阶段，用以控制DLL（延迟锁定环）、输出驱动强度、QFC（四比特命令）等更多功能。与之相比，传统的SDRAM只需要进行模式寄存器设置（MRS）。 此外，DDR SDRAM采用了差分时钟设计，包括主要时钟信号CK和其反相信号CK#，用以保证传输周期的稳定性，提高数据传输的准确性。由于数据在CK的上下沿触发，需要对CK的上升沿和下降沿进行精确控制，以应对温度和电阻性能的变化，确保数据的正确传输。这种设计还使得CAS延迟（CL）能够达到1.5和2.5的值，从而加快数据的读取速度。 数据选取脉冲（DQS）是DDR SDRAM中区分每个传输周期的重要功能，用于同步数据的传输。DQS信号在写入时从北桥接收并传输，在读取时由芯片生成并传回北桥。每个芯片都配备了一个DQS信号线，它帮助接收方准确地接收数据，并且DQS与数据信号同时生成。 在写入延迟方面，DDR SDRAM中的延迟时间（tDQSS）与写入命令之间有一个等待周期，这是为了确保数据接收方准备就绪，实现高精度的控制。由于DDR SDRAM的写入操作需要更多步骤处理，所以其写回时间（tWR）相对延长，一般在3个时钟周期左右。 突发长度（Burst Length）方面，DDR SDRAM只支持2、4、8三种突发传输模式，这与传统SDRAM支持随机存取操作不同。而写入掩码（Write Mask）则是一个可选功能，它允许在数据写入时屏蔽某些数据位，从而实现对存储内容的更精细控制。 DDR SDRAM作为一种高速内存技术，通过其独特的设计和操作方式，大幅提升了内存的性能和效率，为现代计算机系统提供了强大的数据处理能力。随着技术的发展，DDR SDRAM也在不断演进，比如DDR2、DDR3、DDR4等后续版本，它们在速度、效率和功耗上都有了进一步的提升和优化。