SDRAM、DDR SDRAM 学习笔记

最近着手一个需要进行数据采集的课程设计，考虑采用DDR SDRAM对数据进行存储以便进行下一步处理，遂开始相关内容的学习。如果你也是初学者，推荐观看小梅哥（B站ID：小梅哥爱漂流）的存储器原理详解视频，以及《高手进阶,终极内存技术指南》这篇写于20年前的科普文章。本文是根据CSDN上各位前辈的博客以及其他互联网资源完成的，对于一些不甚理解的点掺杂有主观的见解，如有错误，敬请指正，还望海涵！

SDRAM（同步动态随机存取存储器）:英文全称synchronous dynamic random-access memory；synchronous（同步）是指该RAM的时钟频率与对应控制器（北桥、CPU、FPGA）的系统时钟频率相同，而且内部命令的发送与数据传输都以该时钟为基准（数电概念里的同步时序）；dynamic（动态）是指其由电容构成的存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失（数集概念里对电容不断刷新的动态逻辑），这不同于SRAM；random-access（随机存取）是指可以随意指定地址对其上数据进行读出和写入，这点不同于FIFO和传统的ROM。

下图给出了SRAM和DRAM的基本结构。显然，SRAM的存储单元是由6个MOS管组成的，而DRAM的存储单元只需一个MOS管和一个电容。

 图一 SRAM（左）和DRAM（右）的基本结构

这里插一嘴，现如今的主流ROM早就不是Read-Only，甚至大行其道的列于ROM门下的flash memory（广泛用于U盘、SD卡、SSD、BIOS）也早就可以实现类似于RAM的功能了，ROM在多次迭代创新下，早已背离了“自我”，这也许就是现代意义上的“忒修斯之船”吧。同样的，FIFO认为是由普通SRAM改进而来的，一些教材上也称之为一种SRAM，然而它连random-access都做不到，怎能是一种RAM呢？

存储阵列（Memory Array）：对于Memory Array的定义并不统一，但总是可以将其视为一个由行（Row）和列（Column）组成的二维数据表。第一种定义下，定义该数据表每个格点上存储着一个1-bit的二值数据（即0或者1）；那么，只要给定Row和列Column，我们就可以找到对应的1-bit数据。第二种定义下（也是更常见的定义），定义数据表每个格点上存储着一个n（即内存颗粒的位宽）-bit的数据；此时，可以认为该Memory Array是由n个第一种定义下的Memory Array叠加而成，所以该Memory Array亦即下述的L-Bank。

逻辑Bank（Logical Bank、L-Bank、Bank）：一个L-Bank由n（即内存颗粒的位宽）个第一种定义下的Memory Array叠加组成。对于给定的L-Bank，只要再给定row和column，就能取到一个n-bit的数据，这个n-bit数据称为一个存储单元（Cell、Word）。

内存颗粒：由多个L-Bank组成。具体数量是由内存颗粒厂商决定的。

物理Bank（Physical Bank、P-Bank、Rank）：现如今主流的CPU都是64位的，这就意味着CPU要从内存条上同时读/写64-bit的数据，而内存颗粒的位宽只能达到4、8、16，这就需要把多个内存颗粒并行拼接，将总位宽扩展至64-bit，才能供给CPU使用。各个内存颗粒的同一编号的Bank就组成了一个P-Bank。以64位OS为例，当Memory controller寻址给定编号的L-Bank、row和column时，就会有一个64-bit的数据空间被选中。

内存条：由多个内存颗粒及外围电路构成。具体数量是由内存颗粒位宽和总线（Bus）位宽共同决定的。

核心频率（内核频率）：内存颗粒内的振荡频率，是内存颗粒内部真正的工作频率。

时钟频率（I/O频率、工作频率）：Bus上的时钟频率，亦即内存颗粒时钟引脚上的频率。

等效频率：由于DDR SDRAM的特性，其在时钟的上升沿和下降沿均可以传输数据，所以称时钟频率的两倍为等效频率，该频率亦即内存条上标称的内存频率。

数据传输速率（单位：Mbps）：指Bus上一根数据线的数据传输速率，数值上等于等效频率。

带宽（单位：Gbps、Mbps）：对于64-bit OS而言，由于bus是64-bit的，内存条的带宽自然是数据传输速率（单位：Mbps）的64倍。

数据传输速率（单位：MT/s）：MT/s是指每秒传输数据的个数。个人观点：若认为该数据是指bus上一根数据线上的数据，则数据传输速率（单位：Mbps）和数据传输速率（单位：MT/s）是同一个概念；若认为该数据是指bus的全部数据，则带宽（单位：Gbps、Mbps）和数据传输速率（单位：MT/s）是同一个概念。

核心频率：多年来变化不大，典型值：100MHz、133MHz、166MHz、200MHz

工作频率=核心频率*（预取位数/2）

等效频率=工作频率*2=核心频率*预取位数

数据传输速率（单位：Mbps）=等效频率（数值上）

带宽（单位：Mbps）=数据传输速率（单位：Mbps）*（系统位宽（对于内存条而言）或内存颗粒位宽（对于颗粒而言））