DRAM刷新原因以及机制详解

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本篇主要是DRAM刷新原因以及机制详解

用一句话概括： DRAM需要刷新是因为它利用电容来存储数据，而电容会漏电。

DRAM的存储原理：电容

可以想象DRAM中的每一个存储单元（存储一个比特0或1）就像一个小小的水桶。

存储“1”：给这个“水桶”（电容）充电，让它里面有水（电荷）。

存储“0”：把这个“水桶”放空，里面没有水（电荷）。

这个设计非常简单，因此DRAM的结构可以做得非常小，集成度很高，所以才能用较低的成本制造出容量巨大的内存条。

现在问题来了：这些“水桶”（电容）并不是完全密封的，它们会漏电。

无论这个“水桶”里是有水（代表“1”）还是空的（代表“0”），在经过一小段时间（通常是64ms）后，由于物理上的漏电，电荷都会慢慢流失。

如果放任不管，一个原本存储着“1”（有水）的单元，会因为电荷漏光而变成“0”（空桶），数据就丢失了。

为了解决漏电导致的数据丢失问题，工程师设计了一个非常简单直接的方案：在数据还没完全丢失之前，重新把它写一遍。

这个过程就是 “刷新”。

继续用水桶的比喻：有一个管理员，它会定期（比如每64毫秒一次）检查所有的水桶。如果看到一个水桶里有水（“1”），它就赶紧往里再加点水，让它恢复到满的状态。如果看到一个水桶是空的（“0”），它就确认一下它是空的，然后离开。这样，就能保证每个水桶里的状态（数据）始终是正确的。

在技术上，刷新操作并不是真正去“读取”数据再“写入”。它是由内存控制器发起一个仅行地址有效的命令。当DRAM芯片收到刷新命令后，它会选中某一行，内部的感应放大器会将该行所有电容的电压恢复到初始的满值（“1”）或确认的空值（“0”），从而完成数据的重写。

刷新带来的影响（副作用）

性能开销：在刷新过程中，被刷新的那一行（或整个Bank）是不可访问的。如果CPU恰好在这个时候需要读取或写入正在被刷新的内存地址，它就必须等待刷新完成。这会带来微小的延迟。

功耗：刷新操作需要不断地激活电路，对电容进行充电，这会消耗额外的电能。

你可能会问，有没有不用刷新的内存？有，比如SRAM。

SRAM使用晶体管来构成一个稳定的电路（触发器）来存储数据，只要通电，数据就会一直保持，不需要刷新。

优点：速度极快（CPU的高速缓存就是用SRAM做的），没有刷新开销。

缺点：结构复杂，一个SRAM单元需要6个晶体管，而一个DRAM单元只需要1个晶体管+1个电容。这意味着SRAM的成本高、密度低、功耗大。

权衡的结果是：为了制造出容量大、价格便宜的主内存，我们选择了DRAM，并接受了它需要“刷新”这个小小的代价。

所以，“刷新”是DRAM为了达成高容量、低成本目标而采用电容存储技术所必须付出的代价，是它工作原理中不可或缺的一部分。

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