DRAM - Dynamic RAM
DRAM ist der einfachste, langsamste und billigste Speichertyp, den es gibt. DRAM-Chips werden weltweit in gigantischen Mengen produziert.
Lange Zeit war im Computer-Bereich für den Arbeitsspeicher nur dieser eine Speichertyp bekannt. Auf dem DRAM-Prinzip entstanden alle weiteren Speichertypen.
DRAM-Prinzip
Eine DRAM-Speicherzelle besteht aus einem Transistor und einem Kondensator (1T1C), der das eigentliche Speicherelement ist. In einer DRAM-Speicherzelle wird ein Bit durch die Ladung des Kondensators gespeichert.
Das Lesen und Schreiben erfolgt über den Transistor, der als Schalter arbeitet und die Ladung des Kondensators isoliert oder auf die Bitleitung freigibt. Über die Wortleitung wird der Transistor angesprochen.
Nachteil dieser Speicherart ist, dass sich der Kondensator durch Kriechströme entlädt und der Speicherzustand immer wieder neu aktualisiert werden muss (Refresh). Damit die Ladung im Kondensator erhalten bleibt, ist mehrere tausend mal in der Sekunde ein Refresh nötig.
Eigenschaften von DRAM
- Datenpeicherung in einem Kondensatoren
- benötigt Refresh
- geringer Stromverbrauch
- Einsatz als Arbeitsspeicher oder Grafikspeicher
Speicherzugriff
Ein Speicherchip besteht aus vielen Speicherzellen, die in einer Matrix angeordnet sind. Diese Speicherzellen werden über Zeilen (engl. row) und Spalten (engl. column) angesprochen.
Ein 16 MBit-Speicherchip hat 4096 x 4096 Bit (16,8 Millionen Speicherzellen). Um diese alle adressieren zu können sind je 16 Zeilen und Spalten notwendig. Dadurch ist es möglich 4096 (212) Adressen bzw. Zustände abbilden zu können.
Dieser 16 MBit-Speicherchip hat allerdings nicht weit über 32 Anschlüsse. Aus Platzspar- und Herstellungskostengründen werden weniger verwendet. Um die 4096 Adressen trotzdem erreichen zu können macht man sich die Technik des Multiplexings zu nutze. Dabei werden die selben Leitungen zur Übertragung von Zeilen- und Spaltenadresse genutzt.
Bei der Adressierung einer Speicherzelle wird zuerst die Zeilenadresse (row access strobe, RAS) und dann die Spaltenadresse (column access strobe, CAS) übertragen.
Die externe Geschwindigkeit eines Speichers hängt unter anderem davon ab, wie schnell zwischen RAS und CAS gewechselt werden kann.
FPM-RAM - Fast-Page-Mode-RAM
Durch die Anordnung der RAM-Speicherzellen in einer Matrix bzw. Tabelle, lässt sich die Adressierung des Speichers vereinfachen. Nach jedem Takt wird zwischen der Angabe von Spaltenadresse (RAS, Row Address Signal) und Zeilenadresse (CAS, Column Address Signal) hin und her geschaltet. Beim Fast-Page-Mode wird dieses RAS/CAS-Verfahrens optimiert und erlaubt einen bis zu dreimal schnelleren Zugriff auf die Daten, als bei herkömmlichem DRAM. Während eines fortlaufenden Speicherzugriffs wird das Anlegen der immergleichen Zeilenadresse gespart. Es genügt die Zeilenadresse einmal und die jeweilige Spaltenadresse anzugeben. Der Zugriff erfolgt erheblich schneller.
EDO-RAM - Extended Data Output-RAM
Hinter der Bezeichnung Extended Data Output steckt eine Technik, mit der die Spannung in den Kondensatoren, die den Speicherzustand einer Speicherzelle beinhalten, länger aufrecht erhalten wird. Das führt zur Verlängerung der Zeitspanne, in der die Daten bestehen bleiben und verringert gleichzeitig auch die Häufigkeit der notwenigen Speicher-Refreshs.
Während die Daten noch gelesen werden, wird bereits die nächste Adresse an den Speicherbaustein angelegt. Wenn die Lesezugriffe aufeinander folgen, dann lässt sich eine schnellere Lesezugriffsgeschwindigkeit erreichen.
BEDO-RAM - Burst-EDO-RAM - Burst Extended Data Output RAM
Die Beschleunigung der Schreibzugriffe und die Verbesserung der RAS/CAS-Technik führte zur Beschleunigung gegenüber EDO-RAM um ca. 20%. Als Marktführer von Chipsätzen hat Intel diese Innovation nicht unterstützt. Deshalb fand BEDO-RAM keine große Verbreitung.
SDRAM - Synchronous DRAM
SDRAM ist der direkte Nachfolger von EDO-RAM. SDRAM hat die Eigenschaft, dass es seine Schreib- und Lesezugriffe am Systemtakt orientiert. Das bedeutet, es arbeitet synchron mit dem Speicherbus. Dadurch lässt sich die Ansteuerung des Speichers deutlich vereinfachen und beschleunigen. Normales DRAM arbeitet asynchron.
Sonstige DRAM-Speichertypen
In der Vergangenheit haben einige Speicher-Hersteller versucht neue Speicher mit besonderen Eigenschaften auf den Markt zu bringen. Neben den Speichertypen EDO-RAM und SDRAM wurden einige Varianten entwickelt. Ob ein neuer Speicher im PC-Markt eine Chance hat, darüber entscheiden die Chipsatz- und Motherboard-Hersteller. Doch es kommt auch auf die Computer-Hersteller an. Die meiden alternative Speicher aus Angst vor Lieferengpässen, technischen Problemen und der Abhängigkeit von zu wenigen Lieferanten. Insbesondere Lieferengpässe lassen die Preise für Halbleiterspeicher steigen. Doch der PC-Markt reagiert sehr sensibel auf hohe Preise. Die geringen Margen im PC-Markt lassen praktisch keine Experimente zu.
Das dürfte auch der Grund sein, warum alternative Speicher, wie MRAM und FRAM, kaum eine Chance haben, in gewöhnlichen PCs zum Einsatz zu kommen.
Übersicht: Halbleiterspeicher
- ROM - Read Only Memory
- RAM - Random Access Memory
- SDRAM - Synchronous DRAM
- DDR-SDRAM (DDR1 / DDR2 / DDR3)
- Rambus-DRAM
- Flash-Speicher
- FRAM - Ferroelectric RAM
- MRAM - Magnetoresistive RAM
- OUM - Ovonic-Unified-Memory
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