同步DRAM(SDRAM)介紹

DRAM從20世紀(jì)70年代初到90年代初生產(chǎn)，接口都是異步的，其中輸入控制信號(hào)直接影響內(nèi)部功能。

同步DRAM（SDRAM）設(shè)備比DRAM設(shè)備有顯著的改進(jìn)。在兩個(gè)方面與前幾代DRAM設(shè)備不同：

1.增加了時(shí)鐘信號(hào)；因此，SDRAM具有同步接口，也就是說是命令而不是信號(hào)在控制存儲(chǔ)單元。?

2.SDRAM包含多個(gè)獨(dú)立bank。

3.SDRAM支持burst突發(fā)模式傳輸。

SDRAM有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所有內(nèi)部動(dòng)作都發(fā)生在其邊沿。

在DRAM中，來自內(nèi)存控制器的RAS、CAS和WE信號(hào)直接控制內(nèi)部latch和輸入/輸出buffer，這些信號(hào)可以隨時(shí)到達(dá)DRAM的引腳。然后，DRAM立即響應(yīng)RAS、CAS和WE信號(hào)。

相反，在SDRAM中，RAS、CAS和WE信號(hào)不能直接控制內(nèi)部latch 和buffer。在SDRAM中，這些信號(hào)形成一個(gè)命令總線，用于將命令傳輸?shù)絻?nèi)部狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的邊沿執(zhí)行命令。通過這種方式，內(nèi)部latch和輸入/輸出buffer的控制從外部內(nèi)存控制器移動(dòng)到SDRAM控制邏輯中的狀態(tài)機(jī)。

每個(gè)SDRAM中存在多個(gè)獨(dú)立bank，這意味著當(dāng)一個(gè)bank忙于行激活命令或預(yù)充電命令時(shí)，內(nèi)存控制器可以向不同的bank發(fā)送新命令。現(xiàn)在可以在單個(gè)SDRAM中將內(nèi)存請(qǐng)求交錯(cuò)到不同的bank。SDRAM包含2、4或8個(gè)獨(dú)立bank。BA0、BA1和BA2決定了命令指的是哪個(gè)bank。

功能描述

下圖顯示了具有兩個(gè)獨(dú)立bank的SDRAM的簡化框圖。

每個(gè)bank都有其行地址latch和解碼器、列解碼器和靈敏放大器。圖中SDRAM中的每個(gè)bank由8個(gè)大小為4096x1024位的DRAM陣列組成。該地址現(xiàn)在由bank號(hào)碼（BA）、行地址（A[11:0]）和列地址（A[9:0]）組成。

在SDRAM中，命令在時(shí)鐘信號(hào)（CLK）的上升邊沿解碼，如果芯片選擇信號(hào)（CS）處于有效狀態(tài)。該命令由外部內(nèi)存控制器在命令總線上發(fā)起。命令總線由WE、CAS和RAS信號(hào)組成。所有這些信號(hào)都是低有效。

下表顯示了SDRAM的命令集合。只要CS不處于有效狀態(tài)，SDRAM就會(huì)忽略命令總線上的信號(hào)。

圖中框出來的SDRAM控制模塊由控制邏輯、選擇行地址的多路復(fù)用器、刷新計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)體控制邏輯組成。其中刷新計(jì)數(shù)器跟蹤要刷新的行，多路復(fù)用器用于選擇要傳送到行地址鎖存器和解碼器的行地址。地址可以是來自刷新計(jì)數(shù)器的地址(用來控制邏輯執(zhí)行刷新周期),也可以是來自DRAM控制器的外部地址總線上的地址。

控制邏輯包含命令解碼器、執(zhí)行命令的有限狀態(tài)機(jī)和模式寄存器。模式寄存器是一個(gè)可編程的10位寄存器，其決定:

·CAS延遲(CL)

·burst傳輸?shù)拈L度

·以及內(nèi)存數(shù)據(jù)在burst傳輸中的順序。等等

控制邏輯從命令總線接收命令，然后根據(jù)命令類型和模式寄存器相應(yīng)字段中的值執(zhí)行特定的操作序列。這些操作由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)在連續(xù)的時(shí)鐘周期上執(zhí)行，而不需要來自memory控制器的時(shí)鐘控制。

上圖顯示了內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的簡化狀態(tài)圖。在初始化模式寄存器后，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)處于idle狀態(tài)，所有行和列均預(yù)充電。如果沒有向SDRAM發(fā)出命令，SDRAM芯片將定期執(zhí)行自刷新操作。內(nèi)部計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)自刷新操作。

開始內(nèi)存訪問時(shí)，內(nèi)存控制器應(yīng)首先發(fā)出ACTIVE命令。這將打開某些bank/行，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)在active狀態(tài)下等待其他命令。

要讀取數(shù)據(jù)，內(nèi)存控制器應(yīng)發(fā)出READ命令，要將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，內(nèi)存控制器應(yīng)發(fā)出WRITE命令。然后內(nèi)部狀態(tài)機(jī)進(jìn)入讀或?qū)憼顟B(tài)，并使用列地址生成適當(dāng)?shù)膬?nèi)部信號(hào)來訪問列。

READ或WRITE命令后面可以跟任意數(shù)量的READ或WRITE命令，或者可以發(fā)出PRECHARGE命令來恢復(fù)數(shù)據(jù)并關(guān)閉打開的bank/行。

在執(zhí)行預(yù)充電操作后，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)將恢復(fù)到IDLE狀態(tài)。

例如，在 ACTIVE 命令的情況下,狀態(tài)機(jī)通過多路復(fù)用器將行地址傳遞到行地址鎖存器和譯碼器。地址位BA確定要訪問的行，然后打開選定的行，并將其內(nèi)容傳輸?shù)届`敏放大器。

當(dāng)存儲(chǔ)器控制器發(fā)起讀取命令時(shí)，內(nèi)部狀態(tài)機(jī)驅(qū)動(dòng)行控制邏輯，根據(jù) BA 位選擇適當(dāng)?shù)牧?，然后從所選行的靈敏放大器中選擇數(shù)據(jù)。

每個(gè)bank都有自己的列解碼器-當(dāng)從更多bank進(jìn)行交錯(cuò)傳輸時(shí)，就特別有用，可以隱藏RAS到CAS延遲和行預(yù)充電時(shí)間。當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)送指定新bank的地址時(shí)，必須打開該行。 但是當(dāng)后續(xù)的訪問指定已經(jīng)打開的bank中的同一行時(shí)，訪問可以很快發(fā)生，只發(fā)送列地址，而無需等待 tRCD。此功能要求每個(gè)bank都有自己的行地址鎖存器、靈敏放大器和列解碼器。