DRAM：一文读懂DRAM的工作原理与应用

DRAM：一文读懂DRAM的工作原理与应用

DRAM（Dynamic Random Access Memory）是计算机内存的核心组件，其动态随机存取的特性在现代计算系统中发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨DRAM的工作原理，从其基本结构到读写刷新的具体过程，帮助读者全面理解这一关键技术。

DRAM的定义与特点

DRAM（Dynamic Random Access Memory），即动态随机存取存储器。它具有以下两个主要特点：

1. 动态存储：DRAM需要不断地刷新才能保持数据，因为它是利用电容存储电荷的原理来保存数据，而电容会随着时间逐渐放电，所以需要定期刷新以补充电荷，维持数据的稳定。

2. 随机存取：可以随机地对存储单元进行读写操作，而不需要像顺序存储器那样按照特定的顺序进行访问。

DRAM的电路结构

DRAM 1T1C（1晶体管1电容）的电路结构是其最小存储单元，主要由一个晶体管（MOSFET）和一个电容器（Capacitance）组成。当电容器充电时，表示存储的数据为“1”；当电容器放电时，表示存储的数据为“0”。

• 晶体管：其栅极连接字线（Word Line，WL），源极和漏极中的一端连接位线（Bit Line，BL），另一端连接电容器。
• 电容器：一端连接晶体管的源极或漏极，另一端接地或连接到一个固定的电压参考点。

字线与位线

• 字线（Word Line）：用于选择存储单元行的控制线。当字线被激活时，对应的行中的所有晶体管的栅极都会受到电压信号的作用，从而使这些晶体管导通，允许位线与电容器之间进行数据传输。
• 位线（Bit Line）：用于传输数据的线路，它与每列存储单元中的晶体管的源极或漏极相连。在读写操作时，数据通过位线传输到存储单元或从存储单元中读出。

DRAM的工作原理

DRAM的工作主要包括三个核心过程：写入、读出和刷新。

写入

在写入过程中，通过调整位线电压来对电容器进行充放电。具体步骤如下：

1. 字线被激活，存储单元中的晶体管导通。
2. 根据要写入的数据，在位线上施加相应的电压。如果要写入“1”，则位线为高电压（H），使电容器充电；如果要写入“0”，则位线为低电压（L），使电容器放电。

读取

读取过程涉及检测位线的电位变化，以判断存储单元中的数据。具体步骤如下：

1. 字线被激活，存储单元中的晶体管导通，电容器与位线连接。
2. 如果电容器中存储的是“1”，即有电荷存在，那么电容器会向位线放电，使位线的电压升高；如果电容器中存储的是“0”，即没有电荷存在，那么位线的电压基本保持不变。
3. 连接到位线上的灵敏放大器检测位线的电压变化，并将其放大为可识别的逻辑电平，从而读出存储单元中的数据。

刷新

由于电容会随着时间逐渐放电，DRAM需要定期刷新以维持数据的稳定。刷新过程实际上是一个读出并重新写入的过程：

1. 读出存储单元中的数据。
2. 立即将读出的数据重新写入该存储单元，以补充电容器中损失的电荷。

通过上述三个核心过程，DRAM实现了数据的存储、读取和保持，成为现代计算机系统中不可或缺的重要组件。