SRAM vs. DRAM

RAM, oder Arbeitsspeicher, ist eine Art Computerspeicher, bei dem auf ein beliebiges Byte des Speichers zugegriffen werden kann, ohne auch auf die vorherigen Bytes zugreifen zu müssen. RAM ist ein flüchtiges Medium zum Speichern digitaler Daten. Das heißt, das Gerät muss eingeschaltet sein, damit der RAM funktioniert. DRAM (Dynamic RAM) ist der am häufigsten verwendete RAM, mit dem sich die Verbraucher beschäftigen. DDR3 ist ein Beispiel für DRAM.

SRAM, oder statischer RAM, Bietet eine bessere Leistung als DRAM, da DRAM bei Verwendung regelmäßig aktualisiert werden muss, während dies bei SRAM nicht der Fall ist. SRAM ist jedoch teurer und weniger dicht als DRAM, daher sind SRAM-Größen um Größenordnungen niedriger als DRAM.

Vergleichstabelle

Dynamischer Direktzugriffsspeicher im Vergleich zu statischem Direktzugriffsspeicher-Vergleichsdiagramm

Dynamischer Direktzugriffsspeicher	Statischer Direktzugriffsspeicher
Einführung (aus Wikipedia)	Ein dynamischer Direktzugriffsspeicher ist ein Typ eines Direktzugriffsspeichers, der jedes Datenbit in einem separaten Kondensator innerhalb einer integrierten Schaltung speichert.	Ein statischer Direktzugriffsspeicher ist eine Art Halbleiterspeicher, der eine bistabile Zwischenspeicherschaltung zum Speichern jedes Bits verwendet. Der Begriff statisch unterscheidet ihn vom dynamischen RAM (DRAM), der periodisch aktualisiert werden muss.
Typische Anwendungen	Hauptspeicher in einem Computer (z. B. 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.	Auf Prozessoren oder zwischen Prozessor und Hauptspeicher vorhanden.

Inhalt: SRAM vs DRAM

• 1 Verschiedene Arten des Gedächtnisses erklärt
• 2 Aufbau und Funktion
  • 2.1 Dynamisches RAM (DRAM)
  • 2.2 Statisches RAM (SRAM)
  • 2.3 Geschwindigkeit
• 3 Kapazität und Dichte
• 4 Stromverbrauch
• 5 Preis
• 6 Anwendungen
• 7 Referenzen

Verschiedene Arten des Gedächtnisses erklärt

Das folgende Video erläutert die verschiedenen Speichertypen, die in einem Computer verwendet werden - DRAM, SRAM (wie im L2-Cache eines Prozessors verwendet) und NAND-Flash (z. B. in einer SSD)..

Struktur und Funktion

Die Strukturen beider RAM-Typen sind für ihre Hauptmerkmale sowie für ihre jeweiligen Vor- und Nachteile verantwortlich. Eine ausführliche technische Erläuterung der Funktionsweise von DRAM und SRAM finden Sie in dieser technischen Vorlesung der University of Virginia.

Dynamisches RAM (DRAM)

Jede Speicherzelle in einem DRAM-Chip enthält ein Datenbit und besteht aus einem Transistor und einem Kondensator. Der Transistor funktioniert als ein 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 der Form einer 1 oder 0 zu halten.

In der Funktion ist ein Kondensator wie ein Behälter, der Elektronen speichert. Wenn dieser Behälter voll ist, bezeichnet er eine 1, während ein von Elektronen leerer Behälter eine 0 bezeichnet. Kondensatoren haben jedoch ein Leck, das dazu führt, dass sie diese Ladung verlieren. Infolgedessen wird der „Behälter“ bereits nach wenigen leeren Zellen leer Millisekunden.

Damit ein DRAM-Chip funktionieren kann, muss die CPU oder der Speichercontroller die mit Elektronen gefüllten Kondensatoren aufladen (und daher eine 1 anzeigen), bevor sie entladen werden, um die Daten zu behalten. Dazu liest der Speichercontroller die Daten und schreibt sie neu. Dies wird als Auffrischung bezeichnet und tritt in einem DRAM-Chip tausendfach pro Sekunde auf. Dies ist auch der Ursprung von "Dynamic" im Dynamic RAM, da es sich auf die Aktualisierung bezieht, die zum Speichern der Daten erforderlich ist.

Da die Daten ständig aktualisiert werden müssen, was zeitaufwendig ist, ist DRAM langsamer.

Statisches RAM (SRAM)

Statisches RAM hingegen verwendet 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 erfordert, hat den Vorteil muss nicht aufgefrischt werden. Da keine ständige Aktualisierung erforderlich ist, ist SRAM schneller als DRAM. Da SRAM mehr Teile und Verdrahtung benötigt, benötigt eine SRAM-Zelle jedoch mehr Platz auf einem Chip als eine DRAM-Zelle. Daher ist SRAM nicht nur deshalb teurer, weil weniger Speicher pro Chip vorhanden ist (weniger Dichte), sondern auch, weil die Herstellung schwieriger ist.

Geschwindigkeit

Da SRAM nicht aktualisiert werden muss, ist es normalerweise schneller. Die durchschnittliche Zugriffszeit von DRAM beträgt etwa 60 Nanosekunden, während SRAM Zugriffszeiten von bis zu 10 Nanosekunden ermöglichen kann.

Kapazität und Dichte

SRAM benötigt aufgrund seiner Struktur mehr Transistoren als 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 6-mal mehr Kapazität als ein SRAM-Modul aufweisen.

Energieverbrauch

Normalerweise verbraucht ein SRAM-Modul weniger Strom als ein DRAM-Modul. Dies liegt daran, dass SRAM nur einen geringen Dauerstrom benötigt, während DRAM alle paar Millisekunden Bursts zur Auffrischung benötigt. Dieser Auffrischstrom ist einige Größenordnungen größer als der niedrige SRAM-Standby-Strom. Daher wird SRAM in den meisten tragbaren und batteriebetriebenen Geräten verwendet.

Der Stromverbrauch von SRAM hängt jedoch von der Frequenz ab, mit der auf ihn zugegriffen wird. Wenn SRAM langsamer verwendet wird, verbraucht es im Leerlauf nahezu vernachlässigbare Leistung. Andererseits kann SRAM bei höheren Frequenzen genauso viel Strom verbrauchen wie DRAM.

Preis

SRAM ist viel teurer als DRAM. Ein Gigabyte SRAM-Cache kostet etwa 5000 US-Dollar, ein Gigabyte DRAM 20-75 US-Dollar. Da SRAM Flip-Flops verwendet, die aus bis zu 6 Transistoren bestehen können, benötigt der SRAM mehr Transistoren zum Speichern von 1 Bit als DRAM, der nur einen einzigen Transistor und Kondensator verwendet. Daher erfordert der SRAM für die gleiche Speichermenge eine höhere Anzahl von Transistoren, was die Produktionskosten erhöht.

Anwendungen

Computerspeichertypen

Wie alle RAMs sind DRAM und SRAM flüchtig und können daher nicht verwendet werden, um "permanente" Daten wie Betriebssysteme oder Datendateien wie Bilder und Tabellenkalkulationen zu speichern.

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, so dass typische Werte für L2- und L3-Cache-Speicher zwischen 1 MB und 8 MB liegen.

Die häufigste Anwendung von DRAM - wie DDR3 - ist der flüchtige Speicher für Computer. DRAM ist zwar nicht so schnell wie SRAM, ist aber immer noch sehr schnell und kann direkt an den CPU-Bus angeschlossen werden. Typische DRAM-Größen liegen bei Smartphones und Tablets zwischen 1 und 2 GB und bei Laptops zwischen 4 und 16 GB.

Verweise

• Vorlesung 21: Lagerung - Informatik an der University of Texas-Austin
• SRAM-Speicherschnittstelle zum Mikrocontroller in eingebetteten Systemen - EE Herald
• Wikipedia: Dynamischer Arbeitsspeicher
• Wikipedia: Statischer Direktzugriffsspeicher
• Wikipedia: Speicheraktualisierung