SDRAM存储器详解

SDRAM 是同步动态随机存储器 Synchronous Dynamic Random Access Memory，通常作为嵌入式系统的内存，等同于普通 PC 的内存。SDRAM 从发展到现在已经经历了 4 代，分别为 SDR SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM 和 DDR3 SDRAM。

第 1 代 SDR SDRAM 采用单端 Single-Ended 时钟信号，而从第 2 代～第 4 代则由于工作频率比较快，所以采用了可降低干扰的差分时钟信号作为时钟信号，该时钟信号即为数据存储的频率。

第 1 代 SDRAM 采用时钟频率来命名，如 PC100、PC133 则表示时钟频率为 100MHz/133MHz，数据读/写速率也为 100MHz/133MHz。从第 2 代开始的 DDR SDRAM 则采用数据读/写速率命名，并且在前面加上表示其 DDR 代数编码的数字，如 PC2700 是 DDR333，其工作频率是 333MHz/2 = 160MHz，2700 则表示带宽为 2.7GB。

DDR 的读/写频率为 DDR200～DDR400；DDR2 从 DDR2-400～DDR2-800；DDR3 从 DDR3-800～DDR3-1600。

DDR4 内存规范已经完成，其对应的服务器、消费级产品已经逐步普及，而 DDR4 SO-DIMM 笔记本内存也已经开始产品化（如美光的 Crucial）。

1. SDRAM 的主要参数

SDRAM 的两个主要参数说明如下：

• 容量：SDRAM 的容量通常用“存储单元×体×每个存储单元的位数”来表示，例如，某 SDRAM 芯片的容量为 4M×4×8bit，则表明该存储器芯片的容量为 16MB（字节），或者 128Mb。
• 时钟周期：SDRAM 能运行的最大频率，如对应 PC100 的 SDRAM 则表示其时钟周期为 10ns，工作频率则为 100MHz。

此外，SDRAM 还有存取时间、CAS 延迟时间、综合性能评价等参数，在此不再赘述。

在 SDRAM 中有两个很重要的概念：物理 Bank 和芯片位宽。参数说明如下：

• 物理 Bank：处理器和 SDRAM 进行数据交互所需要的数据总线的位宽。
• 芯片位宽：SDRAM 芯片的数据总线的位宽。

通常来说，物理 Bank 会大于等于芯片的位宽，在这个时候 SDRAM 就需要将多块芯片组合到一起以满足物理 Bank 的需求。

2. SDRAM的分类特点

SDRAM的分类和特点如表 1 所示。

3. SDRAM 的典型芯片

SDRAM 的典型结构如图 1 所示：

图 1：SDRAM 的典型结构

这是一块 4M×4×8bit 的 HYB25L35610，可以看到其共有 54 个引脚，可以分为如下的几大部分：

• 地址输入引脚：执行 ACTIVE 命令和 READ/WRITE 命令时用于决定使用的 bank。
• 时钟输入引脚：高电平有效，当该引脚处于低电平期间，提供给所有 bank 预充电和刷新的操作。
• 片选信号引脚：在多存储芯片架构中选择进行存取的芯片。
• 行地址选通和列地址选通引脚。
• bank 地址输入信号引脚：决定使用激活的 bank，如果引脚数目为 n，2n 则为 bank 的数量。
• 输入/输出屏蔽引脚。
• 电源相关引脚。

单个 SDRAM 芯片如图 2 所示，这是一片 HY5DU 12822BT-D43。

图 2：单个 SDRAM 芯片

常见的 SDRAM 实体都是以模组形式存在的，即内存条，如图 3 所示。

图 3：常见的 SDARM 实体

而在嵌入式系统中，最常用的是 Hynix（海力士，原现代）、Micron（美光）、Spectek（镁光）、Elpida（必尔达）生产的 8 位 /16 位数据宽度、工作在 3.3V 电压下的单个 SDRAM 芯片，它们的典型产品如表 2 所示。