SDRAM工作原理
SDRAM工作原理
SDRAM工作原理SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) 是一种同步动态随机存取存储器，常用于个人电脑、服务器和其他计算机系统中作为主存储器。
相比于旧的DRAM，SDRAM具有更高的速度和更好的性能。
1. 存储单元：SDRAM由大量的存储单元组成，每个存储单元由一个容量为一个bit的电容和一个访问/刷新电路组成。
这些存储单元按行和列排列成矩阵状结构。
2.时钟信号同步：SDRAM通过外部时钟信号进行同步操作。
时钟信号的频率决定了SDRAM的运行速度，通常以MHz来衡量。
3.存储地址：SDRAM通过行地址和列地址来访问各个存储单元。
行地址用于选择行，列地址用于选择列。
通过选择行和列可以定位到具体的存储单元。
4.行选择（预充电）：在访问其中一行之前，该行的数据会被提前读取到一个内部的行缓冲区，称为“预充电”。
这个过程可以提高SDRAM的速度，因为行缓冲区中的数据可以更快地被读取。
5.数据读取和写入：在SDRAM访问其中一行时，可以读取该行的数据或向该行写入数据。
读取数据时，数据会被传输到SDRAM外部；写入数据时，数据会被写入到SDRAM内部。
6.刷新：与传统的DRAM类似，SDRAM也需要周期性地进行刷新操作以保持数据的存储。
刷新是通过在其中一行上的预充电操作中同时进行的。
7.控制信号：SDRAM通过外部控制信号来控制读写操作。
这些信号包括写使能信号、读使能信号和时钟信号等。
8.延迟和预充电周期：SDRAM的读写操作具有一定的延迟和预充电周期。
延迟是指从发出读写命令到读写数据可用的时间，预充电周期是指刷新之间的时间间隔。
总的来说，SDRAM工作的基本原理是通过时钟信号同步访问存储单元，通过行选择实现预充电和数据的读写，并周期性地进行刷新操作以保持数据的存储。
通过这些操作，SDRAM实现了高速的读写功能，成为现代计算机系统中最重要的存储器之一。
SDRAM原理和时序
SDRAM原理和时序SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是一种同步动态随机访问存储器，主要用于计算机系统中，以存储数据和指令。
本文将从原理和时序两个方面对SDRAM进行详细的解析和教程。
一、原理1.寻址：SDRAM采用地址总线将存储单元进行编号，通过地址总线可以访问存储器中特定的单元。
SDRAM的地址空间通常是2的幂次方大小，即N=2^k，其中k为地址总线的位数。
2.读写操作：SDRAM的读写操作是通过数据总线进行的。
写操作可以将数据写入特定的存储单元，而读操作可以将存储单元中的数据读取到CPU或其他外部设备。
3.预充电：SDRAM中的每个存储单元都是由一个电容和一个开关组成。
在进行读写操作之前，需要对存储单元进行预充电操作，以确保电荷的准确读取和写入。
4.刷新：SDRAM是一种动态存储器，存储单元中的电荷会逐渐漏失。
为了保持数据的有效性，SDRAM需要进行定期的刷新操作，即将所有存储单元的数据重新写入并恢复电荷。
二、时序1.读时序：SDRAM的读操作包括行选通、列选通和数据输出三个过程。
首先，通过地址总线选通特定的行（行选通），然后选通特定的列（列选通），最后将存储单元中的数据通过数据总线输出。
读操作的时序需要考虑地址选通和数据输出之间的延迟。
2.写时序：SDRAM的写操作包括行选通、列选通和数据输入三个过程。
首先，通过地址总线选通特定的行（行选通），然后选通特定的列（列选通），最后将数据通过数据总线输入到特定的存储单元中。
写操作的时序需要考虑地址选通和数据输入之间的延迟。
时序的设计和调整对于SDRAM的稳定性和性能非常重要。
不同的SDRAM芯片可能有不同的时序参数需要设置和优化。
三、教程以下是使用SDRAM的一般步骤：1.确认SDRAM的规格和时序参数，包括容量、位宽、频率等，并根据需要准备好相应的电路板和接口。
2.将SDRAM芯片焊接到电路板上，确保正确连接电源和信号线。
SDRAM原理介绍
SDRAM原理介绍SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是一种同步动态随机存取存储器，广泛应用于计算机和其他电子设备中。
它是一种存储芯片，能够在时钟信号的同步下进行读取和写入操作。
SDRAM相对于传统的DRAM（动态随机存取存储器），具有更高的性能和速度。
SDRAM的工作原理是基于两个重要的概念：同步和预充电。
首先，SDRAM与系统时钟同步工作，使得存储和处理能发生在相同的时间单位内，从而充分利用系统的速度。
这种同步性质使得SDRAM能够在每个时钟周期内完成读取或写入操作。
其次，SDRAM采用了预充电的策略来提高读取速度。
在一个字节被读取之前，SDRAM将已经被访问的内部存储位预充电成高电平。
这样在读取数据时，预充电电压将缩短读出时间，提高存取的速度。
同时，预充电还可以提高写入速度，因为预充电后的内存位在写入数据时可以更快地接收并存储数据。
SDRAM有多种类型，最常见的是DDR（Double Data Rate）SDRAM和DDR2 SDRAM。
DDR SDRAM在每个时钟周期内完成两个传输操作，每个操作仅需一次时钟脉冲，从而提高了传输速度。
而DDR2 SDRAM在DDR的基础上进行了改进，提高了传输速度和带宽。
SDRAM的内部结构包括一个存储单元阵列和控制逻辑。
存储单元阵列由一个个存储位组成，每个存储位可以存储一个数据位。
通过行选择器和列选择器，控制逻辑可以选择并读取或写入特定的存储位。
控制逻辑还有其他功能，如提供时钟信号，实现读取和写入操作的同步等。
在SDRAM的读取过程中，首先需要通过地址线送入目标内存位的地址。
然后通过控制逻辑选择行选择器和列选择器，将内存位的数据输出到读取缓冲区。
最后，将数据输出到CPU或其他外部设备。
写入过程与读取过程相似，但是需要将数据输入到写入缓冲区，并将数据写入到目标内存位。
总结起来，SDRAM是一种同步动态随机存取存储器，具有同步和预充电的工作原理。
SDRAM原理及应用
SDRAM原理及应用SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) 是一种同步动态随机存取存储器，是当今计算机系统中最常用的存储器之一、它不同于传统的DRAM (Dynamic Random Access Memory)，在访问数据时使用外部的时钟信号来协调存储器和控制器的运行。
1.存储单元：SDRAM由一系列的存储单元组成，每个存储单元都可以存储一个位(0或1)。
每个存储单元由一个电容和一个开关组成，电容负责存储位的值，而开关则负责读取和写入操作。
2.存储组织：SDRAM存储单元按矩阵的形式组织起来，其中每个存储单元都由一个行和一个列地址来标识。
每一行称为一个行地址空间，每一列称为一个列地址空间。
3.数据访问：在进行数据读取或写入操作时，控制器会发送相应的地址信号来选择存储单元。
这个信号包含行地址和列地址，控制器将存储单元的行地址发送给存储器，然后存储单元将该行中的所有存储单元都读取到内部缓冲区。
之后，控制器将列地址发送给存储器，并从内部缓冲区中选择相应的存储单元来读取或写入数据。
4.数据传输：在数据传输过程中，存储单元的电容会充电或放电，以表示数据的值。
读取操作会将电容的电压转换为数字信号，并传送给控制器。
写入操作则将数字信号转换为相应的电压，并充电或放电储存单元的电容。
5.时序控制：SDRAM使用外部时钟信号来控制存储器和控制器的操作，这样可以确保数据的传输和处理都在一个统一的时钟周期内完成。
1.个人计算机：SDRAM是个人计算机中最常用的内存类型。
它具有较高的数据传输速率和容量，可以满足计算机对大量数据的处理需求。
它还具有低功耗和高稳定性的特点，可以有效地提高计算机的性能和响应速度。
2.服务器和工作站：在服务器和工作站中，SDRAM通常用于存储大量的数据和处理复杂的任务。
SDRAM的高速数据传输和高容量存储能力可以帮助服务器和工作站快速处理大量的数据请求，并提供稳定的性能。
sdram工作原理
sdram工作原理SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是一种同步动态随机存取存储器，是计算机中最为常见的内存类型之一、它的工作原理是基于电子存储单元中存储信息的方式。
首先，SDRAM内存被划分为一系列的存储单元，每个存储单元都由一个电容和一个开关（MOSFET）组成。
电容用来存储电荷，而MOSFET则是负责控制电荷的读取和写入。
SDRAM的工作原理主要包括刷新、读取和写入三个过程。
首先，我们来看看刷新过程。
刷新是SDRAM内存的一项重要功能，它能够解决电容充放电过程中的电荷衰减问题。
SDRAM内存中每个存储单元都是由一对电容和MOSFET组成，电容用来存储电荷，而MOSFET用于控制电荷的读取和写入。
由于电容会逐渐失去电荷，所以为了保持存储的数据稳定，需要定期对电容进行刷新。
刷新过程是由SDRAM控制器来完成的，它会向内存发送一个刷新周期信号，使得所有的存储单元都被刷新一遍。
接下来是读取过程。
当CPU需要读取SDRAM中的数据时，它首先会向SDRAM发送一个读取请求信号，该信号包含要读取的数据的地址。
当SDRAM接收到读取请求信号后，它会将请求的数据从存储单元中读取出来，并将数据通过数据线发送给CPU。
在读取过程中，SDRAM会使用一个内部时钟信号来同步数据的传输。
CPU在读取数据之后，可以对数据进行处理或者保存到其他存储器中，以供以后使用。
最后是写入过程。
当CPU需要将数据写入SDRAM时，它会向SDRAM发送一个写入请求信号，该信号中包含要写入的数据和地址。
当SDRAM接收到写入请求信号后，它会将要写入的数据存储到特定的存储单元中。
在写入过程中，SDRAM也会使用一个内部时钟信号来同步数据的传输。
CPU在写入数据后，可以通过读取操作来验证数据是否写入成功。
总而言之，SDRAM的工作原理是通过控制电容的充放电来存储和读取数据。
刷新过程能够解决电容衰减问题，保持数据的稳定性。
sdram工作原理
sdram工作原理
SDRAM，即同步动态随机存取存储器（Synchronous Dynamic Random Access Memory），是一种高速存储器。
它的工作原理基于许多相互关联
的电子电路组件，例如纠错代码、行/列地址选择逻辑、内部预取逻辑等。
SDRAM的主要特点是它同步工作。
这意味着SDRAM能够在内存总线时
钟信号的约束下进行工作。
SDRAM存在内部时钟，并在总线时钟的相应边
沿进行数据传输。
这种同步特性使得SDRAM能够以非常高的速度进行数据
传输。
SDRAM还具有被动刷新功能。
因为存储器中的数据不断地流失，因此SDRAM需要定期刷新它的内容以保持数据的正确性。
这个刷新过程可以通
过内部预取逻辑来完成。
即SDRAM会按照预定的规则自动预取一些数据，
以便在它们被访问时能够保持内部各种状态的正确性。
最后，SDRAM支持多通道技术，它能够同时处理多个数据包。
具体而言，SDRAM可以分为若干通道，每个通道可以同时进行一部分数据的读写
操作，从而提高存储器的带宽和吞吐量。
总之，SDRAM是一种高速存储器，它通过同步工作、被动刷新和多通
道技术来实现高效的数据传输和存储。
SDRAM工作原理
图1：DRAM存储原理示意图
2.SDRAM结构： a: SDRAM为随机存储，可以自由指 定地址进行读写；
b: 芯片一般以4个L-bank (Logic bank） 组成，可用（BA0,BA1寻址）；
c: L-bank为相应个行R和列C的矩阵；
3. SDRAM芯片容量
=MxW (M:存储单元总数；W:每个存储单元的容量，即芯片位宽)
存储单元总数M=行数（R）x 列数（C）x L-bank 的数量
不同厂家的行数和列 数设定并不一样
3.SDRAM芯片结构：
三.SRAM基本操作与内部工作时序
1.芯片初始化 SDRAM逻辑控制单元中有模式寄存器（MR），开机需Biblioteka 其进行初始化操作。谢谢大家
2.行有效 在CS#, L-bank定址的同时 RAS#处于有效状态，An地 址线发送具体的行地址。
3.列读写 a: 行地址确定后，对列地址寻址；
b: A0-A11作为行列地址分时复用，配合CAS#输出列地址；
c: 由WE#来控制读写（0时为写，1时为读） d: RAS to CAS Delay (tRCD) ：发送读写命令时必须与行有效命令有一个间隔。 单位为时钟周期。
4.数据输出/读 a: CL(CAS Latency) CAS潜伏期：从CAS与读取命令发出到第一笔数据输出的这 段时间。单位：时钟周期。 b: CAS响应时间快于RAS：一个位宽为n bit 的芯片，行地址要选通n x c（列数为 c）个存储体，而列地址只需选通n个存储体。 c: CL的产生原因： 1）存储体中晶体管的反应时间使数据和CAS在同一上升沿触发，至少延后一个 时钟周期； 2）tAC (Access time from clock)时钟触发后的访问时间：（由于存储电容小，故 信号需经S-AMP放大来保证被识别（事前还要进行电压比较来进行逻辑电平判断） 从数据I/O总线上有数据输出之前的一个时钟上升沿开始，数据已传向S-AMP,数 据已经被触发，经过一定的驱动时间最终向数据I/O总线传输（小于一个时钟周 期）。
sdram原理(一)
sdram原理(一)SDRAM原理什么是SDRAM？SDRAM是随机存取存储器（Synchronous Dynamic Random Access Memory）的缩写，是一种常见的计算机内存。
它是一种同步存储器，具有高速读写的特性，广泛用于个人电脑、服务器、网络设备等计算机系统中。
SDRAM的工作原理SDRAM的原理相对复杂，下面将从浅入深地解释SDRAM的工作原理。
时钟信号和同步SDRAM的工作是通过时钟信号进行同步的。
在SDRAM中，时钟信号控制数据的读写和传输。
读写操作必须与时钟信号的上升沿或下降沿对齐，以确保数据传输的正确性。
存储单元和存储电容SDRAM的存储单元是由一对MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）和一个电容器组成。
MOSFET用于控制数据的读写操作，而电容器则用于存储数据。
存储电荷和刷新SDRAM中的电容器存储的是电荷，而不是电压。
电荷会随时间逐渐泄漏，因此需要定期刷新以保持数据的有效性。
刷新操作通过向每个存储单元施加一个恒定电压来完成。
行地址和列地址SDRAM的存储区域被划分为多个行和多个列。
行地址用于选择行，列地址用于选择列。
通过控制行地址和列地址，可以实现对特定数据的读写操作。
预充电和读取在进行读取操作之前，需要对存储单元进行预充电操作。
预充电操作将电容器的电压调整到正确的工作电压，以便进行下一次的读写操作。
CAS（列地址选择）延迟CAS延迟是SDRAM中的一个重要概念。
它表示在进行读取操作时，需要等待的时间，以确保数据的正确传输。
CAS延迟的数值决定了SDRAM的读取速度和性能。
总结SDRAM作为一种常见的计算机内存，具有高速读写和大容量的优势。
它的工作原理涉及时钟信号、存储单元、存储电容、刷新、行地址和列地址、预充电、CAS延迟等多个方面。
了解SDRAM的工作原理有助于我们更好地理解计算机系统中内存的工作方式和性能表现。
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内存在计算机系统中的应用 内存系统结构 SDRAM工作原理 推动内存技术发展的要素 MODULE设计考虑要点
SDRAM工作原理- SDR DRAM结构
ELPIDA 128M SDRAM (μPD45128163)
Synchronous Dynamic Random Access Memory
读打断读
写打断读
T=TRCD+CL T=CL T=TRP+TRCD+CL T=TDQSS
SDRAM工作原理- 写操作
写打断写 读打断写
T=TRCD+TDQSS+TWR T=TDQSS T=TWR+TRCD+CL
SDRAM工作原理- 自刷新
tREF：刷新周期 64ms tRFC:刷新指令周 期10~30 tCK tREFI:平均刷新周 期 7.8us
内存在计算机系统中的应用 内存系统结构 SDRAM工作原理 推动内存技术发展的要素 MODULE设计考虑要点
内存系统结构
内存系统结构-示意图
内存系统结构-DRAM内部结构
内存系统结构-RANK
CS#, CKE, ODT
独立响应控制信号并反馈数据的单元,对 于SDRAM一个RANK对应64位数据宽度
SDRAM工作原理- 地址译码-2
●
Wafer Test Flow
Search for Defect Cells & Judgement of repairable or not Hot Temp(87℃), All wafer test
Pre Laser Wafer Test ( PT1 @Hynix )
DRAM的工作电压逐渐下调， 以降低功耗
推动内存技术发展的要素-瓶颈
SDRAM采用PCI BUS作为接口，信号反射强，LATENCY大，速率提升空间有限； DDR SDRAM采用基于SSTL（Serial Stub Termination STUB BUS Logic 引起的阻抗不连续 ）的总线结构 对高速信号影响尤其明显，因 而DDR速率越高，其每通道所 允许搭载的DIMM也越少，进 在STUB 而影响到内存容量的提升 BUS中，每个单独 的DIMM槽都会引入一个 STUB，导致阻抗不连续， 进而影响信号的完整性
DRAM的字符密 从近年内存速率的发 度增长趋势遵循 展趋势看， DRAM的 Moore 定律，每 数据速率约 3年翻一倍 两年翻一倍
资料来源：INTEL 2004 春季IDF
推动内存技术发展的要素-容量
服务器系统的性能需 求要求内存容量每2年 翻一倍
资料来源：INTEL 2004 春季IDF
推动内存技术发展的要素-功耗
SDRAM工作原理- 存储阵列
ELPIDA 128M SDRAM (μPD45128163)
SDRAM工作原理- 存储单元-1
a) open; b) shorts; c) bridge
SDRAM工作原理- 存储单元-2
EDE5108AGBG 尺寸11mmx11.5mm =126.5x10^(-6)m^2 ELPIDA G DIE采用90nm工艺, 则单 个存储单元面积为:8x(90x10^(9)m)^2=64800x10^(-18)m^2 则512M个单元的面积为: 512x10^6x 64800x10^(-18)m^2= 33.2x10^(-6)m^2 缩小尺寸: BGA-> CSP
SDRAM工作原理- CKE控制
CKE控制指令的有效
Clock suspend mode Power down mode Self refresh mode
SDRAM工作原理- 多BANK工作
TRRD
SDRAM工作原理-突发读写
突发方式
内存在计算机系统中的应用 内存系统结构 SDRAM工作原理 推动内存技术发展的要素 MODULE设计考虑要点
推动内存技术发展的要素-各类总线一缆
SDR SDRAM 数据传输频率 IC封装 66 100 133 TSSOP DDR SDRAM 266 333 400 MHZ TSSOP BGA DDR2 SDRAM 400 533 667 800 MHZ FPGA DDR3 SDRAM 1066 1333 1600 MHZ FBGA DDR4 SDRAM
BANK
DLL应用(见P18) 校准模式 ODT Data mask 可选 NA NA
4
4
必须 NA NA Write mask only
4,8
必须 OCD 可选 Write mask only
8 ,16
必须 OCD 可选 Write mask only
Write and Read
推动内存技术发展的要素-速率
HYNIX WAFER 测试流程
SDRAM工作原理- 地址译码-3
ELPIDA
SDRAM工作原理- 模式寄存器设置
MC如何获取设 置值？ MC如何初始化 DRAM？
SDRAM工作原理- 状态转换
SDRAM工作原理- DRAM初始化
SDRAM工作原理- 行打开(ACTIVATION)
SDRAM工作原理- 读操作
SDRAM工作原理- 检测放大器 VREF
放大 触发(交 叉耦合正 反馈) 刷新 EQ:保证 初始平衡
差分结构减少字线分布电容对 位线的串扰(BL与BL#平衡)
SDRAM工作原理- TRCD TRAS TRP TWR
检测 读恢复 ->写入 触发 (刷新 (放大 ))
SDRAM工作原理- 地址译码-1
字符密度
输入时钟 数据触发 接口标准 工作电压 /CAS 读延迟 Additive Latency (AL) /CAS 读延迟 (RL) /CAS 写延迟(WL) Burst 长度(见P17)
64Mb~512Mb
单端时钟 不支持 LVTTL 3.3 V 2, 3 NA NA 0 1, 2, 4, 8, full-page (256)(可选项)
64Mb~1Gb
差分时钟 DQS触发 SSTL_2 2.5 V 2, 2.5, 3 NA =CL(2, 2.5, 3) 1 2, 4, 8
256Mb~4Gb
差分时钟 差分DQS/DQS# SSTL_18 1.8V 3,4,5 0,1,2,3,4 AL+CL RL-1 4,8
512Mb~4Gb
差分时钟 差分DQS/DQS# SSTL_15 1.5 V >=5 0,1,2,3,4 ? AL+CL RL-1 4,8 1.2V 差分时钟
内存在计算机系统中的应用-主板示意
内存在计算机系统中的应用-主板系统
内存在计算机系统中的应用-内存请求
内存在计算机系统中的应用-CPU对内存访问-1
内存在计算机系统中的应用-CPU对内存访问-2
内存在计算机系统中的应用-CPU对内存访问-3
INTEL 865G MCH中的DRAM地址转换
SDRAM工作原理
记忆集团 设计中心 2006年12月12日
目录
内存在计算机系统中的应用 内存系统结构 SDRAM工作原理 推动内存技术发展的要素 MODULE设计考虑要点 Nhomakorabea
内存在计算机系统中的应用 内存系统结构 SDRAM工作原理 推动内存技术发展的要素 MODULE设计考虑要点
部分引线也增加了额 感, 电容较大 外的电感
DIP
wire bonded WB-PBGA
连接的BGA, 引 线较短
WBGA FBGA
不同BGA封装的回 路及插入损耗
不同长度的wire bonded对应 的寄生参数(电阻, 电感和电容)
BGA与TSOP相比, 可以有效降低封装内部引线的电容和电感, 进而有效提高 1) 高速数字技术推动着系统的全面小型化 , 要求 IC的封装尺寸越来越小以提高集成度 ,从 参考文献： Electrical Analysis of IC Packaging with Emphasis on Different Ball Grid Array 了 IC 的适用频率 Packages Khouzema B. Unchwaniwala, Michael F. type, Caggiano leadframe-type 变迁到 area-array 在内存芯片上即体现 为从 DIP->TSOP->BGA 2) 小尺寸带来的挑战：脚间距变小，测试和贴装越来越困难 QFP FC-PBGA
DDR每通道最大负载数随着DRAM速率的上升而减少
INTEL Lindenhurst(2004) VS Blackford(2006)
资料来源: HP:Memory technology evolution: an overview of system memory technologies
推动内存技术发展的要素-方案
内存系统结构-BANK
内存系统结构-RAW
内存系统结构-COLUMN
列是内存系统内部数据传输的最小单元 PAGE大小=2^COLUMN*DRAM DATA WIDTH 如: 64Mb*8 IC, 列数为10, DRAM位宽为8, 则页容量为 2^10*8=8192
内存系统结构-数据读取
EDE5108AGBG 64Mbx8 = 4Bank x 16KRow x 1KColum x 8 bit
Q&A
FB-DIMM的DIMM槽之间采用点到点 连接，从而从根本上避免了STUB， 因而大幅度提高了每通道的带载能力
避免STUB DRAM间延迟校正
资料来源：INTEL 2004 春季IDF
•DDR2 的拓扑结构
推动内存技术发展的要素-BGA