RAM oder Direktzugriffsspeicher ist eine Art Computerspeicher, in dem auf jedes Byte des Speichers zugegriffen werden kann, ohne dass auch auf die vorherigen Bytes zugegriffen werden muss. RAM ist ein flüchtiges Medium zum Speichern digitaler Daten, dh das Gerät muss eingeschaltet sein, damit der RAM funktioniert. DRAM oder Dynamic RAM ist das am häufigsten verwendete RAM, mit dem sich Verbraucher befassen. DDR3 ist ein Beispiel für DRAM.
SRAM oder statischer RAM bietet eine bessere Leistung als DRAM, da DRAM bei Verwendung regelmäßig aktualisiert werden muss, SRAM jedoch nicht. SRAM ist jedoch teurer und weniger dicht als DRAM, so dass SRAM-Größen um Größenordnungen niedriger sind als DRAM.
Contents
Vergleichstabelle
| Dynamischer Direktzugriffsspeicher | Statischer Direktzugriffsspeicher | |
|---|---|---|
| Einführung (aus Wikipedia) | Der dynamische Direktzugriffsspeicher ist eine Art Direktzugriffsspeicher, der jedes Datenbit in einem separaten Kondensator innerhalb einer integrierten Schaltung speichert. | Der statische Direktzugriffsspeicher ist eine Art Halbleiterspeicher, der bistabile Verriegelungsschaltungen verwendet, um jedes Bit zu speichern. Der Begriff statisch unterscheidet es von dynamischem RAM (DRAM), das regelmäßig aktualisiert werden muss. |
| Typische Anwendungen | Hauptspeicher in einem Computer (zB DDR3). Nicht zur Langzeitlagerung. | L2- und L3-Cache in einer CPU |
| Typische Größen | 1 GB bis 2 GB in Smartphones und Tablets; 4 GB bis 16 GB in Laptops | 1 MB bis 16 MB |
| Ort wo vorhanden | Auf dem Motherboard vorhanden. | Vorhanden auf Prozessoren oder zwischen Prozessor und Hauptspeicher. |
Verschiedene Arten von Erinnerungen erklärt
Das folgende Video erläutert die verschiedenen Speichertypen, die in einem Computer verwendet werden – DRAM, SRAM (z. B. im L2-Cache eines Prozessors) und NAND-Flash (z. B. in einer SSD).
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Struktur und Funktion
Die Strukturen beider RAM-Typen sind für ihre Hauptmerkmale sowie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile verantwortlich. Eine technische und ausführliche Erklärung der Funktionsweise von DRAM und SRAM finden Sie in dieser technischen Vorlesung der University of Virginia .
Dynamischer RAM (DRAM)
Jede Speicherzelle in einem DRAM-Chip enthält ein Datenbit und besteht aus einem Transistor und einem Kondensator. Der Transistor fungiert als Schalter, der es der Steuerschaltung auf dem Speicherchip ermöglicht, den Kondensator zu lesen oder seinen Zustand zu ändern, während der Kondensator dafür verantwortlich ist, das Datenbit in Form einer 1 oder 0 zu halten.
In Bezug auf die Funktion ist ein Kondensator wie ein Behälter, in dem Elektronen gespeichert werden. Wenn dieser Behälter voll ist, bezeichnet er eine 1, während ein Behälter ohne Elektronen eine 0 bezeichnet. Kondensatoren weisen jedoch eine Leckage auf, die dazu führt, dass sie diese Ladung verlieren, und infolgedessen wird der „Behälter“ bereits nach wenigen leer Millisekunden.
Damit ein DRAM-Chip funktioniert, muss die CPU oder der Speichercontroller die mit Elektronen gefüllten Kondensatoren (und geben daher eine 1 an) vor dem Entladen aufladen, um die Daten beizubehalten. Zu diesem Zweck liest der Speichercontroller die Daten und schreibt sie dann neu. Dies wird als Auffrischen bezeichnet und tritt in einem DRAM-Chip tausende Male pro Sekunde auf. Hier entsteht auch das „Dynamische“ im dynamischen RAM, da es sich um die Aktualisierung handelt, die zum Speichern der Daten erforderlich ist.
Aufgrund der Notwendigkeit, Daten ständig zu aktualisieren, was einige Zeit in Anspruch nimmt, ist DRAM langsamer.
Statischer RAM (SRAM)
Der statische RAM verwendet andererseits Flip-Flops , die sich in einem von zwei stabilen Zuständen befinden können, die die Unterstützungsschaltung entweder als 1 oder als 0 lesen kann. Ein Flip-Flop, das sechs Transistoren benötigt, hat den Vorteil von muss nicht aktualisiert werden. Das Fehlen einer ständigen Aktualisierung macht SRAM schneller als DRAM. Da SRAM jedoch mehr Teile und Verkabelung benötigt, nimmt eine SRAM-Zelle mehr Platz auf einem Chip ein als eine DRAM-Zelle. Somit ist SRAM teurer, nicht nur, weil weniger Speicher pro Chip vorhanden ist (weniger dicht), sondern auch, weil sie schwieriger herzustellen sind.
Geschwindigkeit
Da SRAM nicht aktualisiert werden muss, ist es normalerweise schneller. Die durchschnittliche Zugriffszeit von DRAM beträgt etwa 60 Nanosekunden, während SRAM Zugriffszeiten von nur 10 Nanosekunden bieten kann.
Kapazität und Dichte
Aufgrund seiner Struktur benötigt der SRAM mehr Transistoren als der DRAM, um eine bestimmte Datenmenge zu speichern. Während ein DRAM-Modul nur einen Transistor und einen Kondensator benötigt, um jedes Datenbit zu speichern, benötigt der SRAM 6 Transistoren. Da die Anzahl der Transistoren in einem Speichermodul seine Kapazität bestimmt, kann ein DRAM-Modul für eine ähnliche Anzahl von Transistoren bis zu sechsmal mehr Kapazität haben als ein SRAM-Modul.
Energieverbrauch
In der Regel verbraucht ein SRAM-Modul weniger Strom als ein DRAM-Modul. Dies liegt daran, dass der SRAM nur einen kleinen Dauerstrom benötigt, während der DRAM alle paar Millisekunden Stromstöße zum Auffrischen benötigt. Dieser Auffrischungsstrom ist mehrere Größenordnungen größer als der niedrige SRAM-Standby-Strom. Daher wird SRAM in den meisten tragbaren und batteriebetriebenen Geräten verwendet.
Der Stromverbrauch des SRAM hängt jedoch von der Frequenz ab, mit der auf ihn zugegriffen wird. Wenn SRAM langsamer verwendet wird, verbraucht es im Leerlauf nahezu vernachlässigbare Energie. Andererseits kann SRAM bei höheren Frequenzen so viel Energie verbrauchen wie DRAM.
Preis
SRAM ist viel teurer als DRAM. Ein Gigabyte SRAM-Cache kostet etwa 5000 US-Dollar, während ein Gigabyte DRAM 20 bis 75 US-Dollar kostet. Da der SRAM Flip-Flops verwendet, die aus bis zu 6 Transistoren bestehen können, benötigt der SRAM mehr Transistoren zum Speichern von 1 Bit als der DRAM, der nur einen einzigen Transistor und Kondensator verwendet. Daher benötigt SRAM bei gleicher Speichermenge eine höhere Anzahl von Transistoren, was die Produktionskosten erhöht.
Anwendungen
Computerspeichertypen
Wie alle RAMs sind DRAM und SRAM flüchtig und können daher nicht zum Speichern von “permanenten” Daten wie Betriebssystemen oder Datendateien wie Bildern und Tabellen verwendet werden.
Die häufigste Anwendung von SRAM besteht darin, als Cache für den Prozessor (CPU) zu dienen. In den Prozessorspezifikationen wird dies als L2-Cache oder L3-Cache aufgeführt. Die SRAM-Leistung ist sehr schnell, aber SRAM ist teuer, sodass typische Werte für den L2- und L3-Cache 1 MB bis 8 MB sind.
Die häufigste Anwendung von DRAM – wie z. B. DDR3 – ist der flüchtige Speicher für Computer. DRAM ist zwar nicht so schnell wie SRAM, aber dennoch sehr schnell und kann direkt mit dem CPU-Bus verbunden werden. Typische DRAM-Größen sind etwa 1 bis 2 GB bei Smartphones und Tablets und 4 bis 16 GB bei Laptops.
Verweise
- Vorlesung 21: Speicher – Informatik an der University of Texas-Austin
- SRAM-Speicherschnittstelle zum Mikrocontroller in eingebetteten Systemen – EE Herald
- Wikipedia: Dynamischer Arbeitsspeicher
- Wikipedia: Statischer Direktzugriffsspeicher
- Wikipedia: Speicheraktualisierung