上一篇
反复刷新的存储器为
动态随机存取存储器（DRAM）因电容漏电需定期刷新以维持数据，故称为易失性存储器。 (boxed{text{动态随机存取存储器
动态随机存取存储器（DRAM）
存储器分类与基本原理
现代计算机系统中,存储器根据存储特性可分为易失性存储器和非易失性存储器两大类：
| 类别 | 代表类型 | 是否需要刷新 | 断电后数据保留 | 典型用途 |
|—————-|—————————|——————|——————–|————————|
| 易失性存储器 | DRAM、SRAM | DRAM需要 | 否 | 主存、缓存 |
| 非易失性存储器 | ROM、Flash、硬盘、SSD | 无需 | 是（部分类型） | 固件存储、长期数据保存 |
动态随机存取存储器（DRAM）因其高密度和低成本，成为计算机主存的核心组件，但其存储单元依赖电容电荷保存数据，电荷会随时间泄漏，必须通过周期性刷新维持数据。
DRAM的结构与工作原理
DRAM的基本存储单元由一个晶体管和一个电容构成（如图1），电容存储电荷表示二进制数据（充电为1，放电为0），晶体管负责读写操作，由于电容存在漏电问题，数据只能在几毫秒级时间内保持，因此需要刷新机制。
表1：DRAM与SRAM核心对比
| 特性 | DRAM | SRAM |
|---|---|---|
| 存储单元 | 1晶体管+1电容 | 6晶体管（触发器结构） |
| 密度 | 高（适合大容量内存） | 低（用于高速缓存） |
| 功耗 | 较低（仅刷新时耗电） | 较高（持续供电） |
| 速度 | 较慢（需等待刷新周期） | 快（无需刷新） |
| 成本 | 低 | 高 |
DRAM的刷新机制详解
刷新的必要性
DRAM电容的电荷泄漏会导致数据丢失，典型情况下，数据在64ms内必须刷新一次（如DDR4标准），否则会出现位错误。刷新操作类型
- 全局刷新：中断正常操作，逐行刷新所有存储单元。
- 分布式刷新：将刷新操作分散在多个周期中，减少对性能的影响。
- 自刷新：在休眠模式下降低刷新频率（如每秒一次），节省功耗。
刷新流程
- 行地址选中：刷新控制器按行地址依次访问存储阵列。
- 数据重写：读出原数据后重新写入，补充电容电荷。
- 计数器调度：通过内置计数器跟踪刷新周期，确保全覆盖。
刷新对性能的影响
带宽占用
刷新操作会暂时占用内存总线，导致正常读写请求被延迟，DDR4内存每64ms刷新8192行（8GB内存），每次刷新占用数百纳秒，累计占用约1%~1%的带宽。功耗分布
刷新能耗占DRAM总功耗的10%~20%，但在高性能场景（如高频DDR5）中，这一比例可能上升。优化策略
- 智能调度：利用空闲周期执行刷新。
- 温度补偿：高温下加快刷新频率以降低漏电风险。
- 低功耗模式：在待机时切换自刷新模式。
其他存储器的对比分析
| 存储器类型 | 是否需要刷新 | 数据持久性 | 典型容量 | 速度 | 成本 |
|---|---|---|---|---|---|
| DRAM | 是 | 易失 | MB~GB级 | 快（纳秒级） | 低 |
| SRAM | 否 | 易失 | KB~MB级 | 极快（1-10ns） | 高 |
| NAND Flash | 否 | 非易失 | GB~TB级 | 较慢（微秒级） | 中 |
| NOR Flash | 否 | 非易失 | MB~GB级 | 慢（百微秒级） | 中 |
实际应用中的典型场景
计算机主存
DRAM作为主存的核心，承担操作系统、运行程序的数据存储，其高密度和低成本使其成为大容量内存的唯一选择，但需依赖刷新维持数据。显卡显存
GPU使用GDDR（Graphics DDR）显存，同样基于DRAM架构，但优化了带宽和频率，刷新机制与主存类似。嵌入式系统
在低功耗设备（如智能手表）中，DRAM可能被替换为无需刷新的eDRAM（嵌入式DRAM），但其成本较高。
FAQs
问题1：为什么DRAM需要刷新，而SRAM不需要？
答：DRAM依赖电容存储电荷，电荷会因漏电逐渐消失，必须周期性刷新以维持数据，而SRAM使用触发器（多晶体管结构）存储数据，只要供电正常即可持续保存，无需刷新。
问题2：如果停止对DRAM的刷新会发生什么？
答：未及时刷新会导致电容电荷完全泄漏，存储的数据逐渐丢失，停止刷新后，DRAM内容可能在几百毫秒到一秒内出现大量错误，导致
