Статическая и динамическая память: ключевые различия

Любой процессор, микропроцессор или микроконтроллер для своей работы использует оперативную память — ОЗУ (операционное запоминающее устройство). Даже сам кристалл этих чипов содержит кэш, который представляет собой улучшенный по скорости доступа вариант такой памяти. В современной программной электронике, построенной на кремниевых полупроводниках, широко используются два основных типа ОЗУ: статическая и динамическая. Рассмотрим ключевые различия этих видов оперативной памяти.

Содержание:

1. Свойства и принцип работы статической и динамической памяти
2. Динамическая память
3. Статическая память
4. Псевдостатическая память
5. Особенности свойств микросхем оперативной памяти

Свойства и принцип работы статической и динамической памяти

Изначально ОЗУ создавалось только для процессоров, также как и усовершенствовалась эта память вместе с ними. Первые ЧПУ (числовые программные устройства) для кратковременного хранения данных использовали линии задержки, и даже электромагнитные реле. Эти компоненты стали неэффективными с появлением модулей памяти, собранных на конденсаторах.

Позже емкостную память стали выполнять на интегральных компонентах. Это были первые микросхемы динамической памяти. До настоящего времени принцип работы таких устройств не сильно поменялся. Зато существенно возросла скорость обработки и объемы хранения данных.

Большие объемы оперативной памяти достигаются использованием матрицы. Доступ к ячейкам памяти осуществляется дешифраторами и мультиплексорами. Поэтому, чем длиннее адрес, тем сложнее их система коммутации, а также требуется больше времени на реагирование. Вот почему наиболее скоростной кэш делают с небольшим объемом хранения информации.

Малые потенциалы на ячейках памяти позволяют быстрее переключать состояние. Также мощности на это затрачивается меньше. Поэтому малое напряжение питания микросхем и модулей памяти позволяет увеличить быстродействие и снизить потребление. Некоторые КМОП-микросхемы с напряжением питания 9-12В имеют на входе/выходе ограничители/усилители напряжения. Тогда как встроенная матрица ячеек памяти работает на пониженных потенциалах.

Например, линейка DDR компьютерной памяти ОЗУ сейчас насчитывает 5 моделей, а графической — 6. С усовершенствованием модулей и микросхем этого типа памяти напряжение питания снизилось примерно с 2,6В (для первой модели линейки) до 1,1В (у последних моделей).

Динамическая память

Хранилище, в которой ячейка содержит конденсатор для запоминания одного бита информации, требует постоянной регенерации, т. е. перезаписывания, поэтому она работает совместно с процессором или специальным контроллером. После каждого обращения к ее сегментам (считывания) информация стирается. Последующие машинные циклы опять записывают информацию, регенерируя память, битная составляющая которой может быть изменена.

В системах с низким питанием и большим адресом емкость коммутируемых ключей больше емкости конденсатора для хранения бита информации. Из-за чего изменение напряжения при обращении к сектору с противоположным логическим состоянием будет небольшим. Использование усилителей несколько усложняет конструкцию и снижает скорость обработки данных.

Статическая память

Статическое ОЗУ — это полупроводниковая память, в которой для хранения каждого бита используется схема бистабильной фиксации. Этот тип памяти хранит данные в транзисторных ячейках с двумя устойчивыми состояниями. Записанная информация сохраняется пока подключено питание. Считывать память можно несколько раз с одних и тех же регистров.

Для стека или всей памяти возможен быстрый сброс одной командой, такое произойдет при даже кратковременном отключении питания. Это намного быстрее, чем перезапись в динамической памяти, которую необходимо время от времени обновлять. Также статическая ОЗУ имеет более короткое время цикла, поскольку не требует пауз между обращениями. Чаще всего статическая память используется в качестве кэш-памяти процессора, микропроцессора или микроконтроллера.

Псевдостатическая память

Модули или микросхемы динамической памяти могут содержать встроенные, либо выполненные на отдельных чипах системы регенерации записанной информации. Комплексные устройства такого типа памяти называются псевдостатическими. Они наследуют компактность и дешевизну от динамической памяти, но ценой этого является сниженное быстродействие и повышенное потребление. Также подобные устройства имеют возможность оперативного доступа к отдельной ячейке для перезаписи информации.

Особенности свойств микросхем оперативной памяти

Оперативная память служит звеном между процессором, постоянной памятью и другими узлами системы. Она ускоряет и систематизирует доступ процессора к нужным базам данных и исполнительным устройствам. ОЗУ позволяет разграничить их скорость работы со скоростными циклами процессора.

Основные отличительные свойства:

• Динамическая (емкостная) память хранит информацию только во время активной работы процессора.
• Статическая (регистровая) память сохраняет данные, пока поддерживается ее питание. Информация сбрасывается не выборочно по адресу отдельного сегмента, а целым стеком или вся сразу.
• Динамическая память сравнительно дешевле статической, содержит меньше интегральных элементов в одной отдельной ячейке.
• Скорость обращения к сегментам статической памяти происходит в течение наносекунд. Если необходима перезапись, то это возможно сделать только для всего стека. Требуется сначала сбросить все его данные, а затем запись осуществляется снова.
• Динамическая память имеет меньшее потребление, чем статическая, зато процессор для ее регенерации должен быть постоянно нагружен, поэтому постоянное хранение данных затрачивает больше мощности.

В зависимости от получения нужных свойств используют тот или иной тип оперативной памяти. Например, видеоадаптер требует больших объемов хранения данных и скорости их обработки, поэтому в бюджетных видеоустройствах часто задействуется динамическая память. Но многие знают, что стоимость качественной видеокарты может составлять половину стоимости всего компьютера. Чаще всего это потому, что память там применена статическая, как и на многих периферийных устройствах.

Хотя, это не показатель цены. Микросхемы, выполненные с малым техпроцессом на качественном оборудовании, будут стоить дороже. Естественно, их надежность и характеристики будут выше.

Купить электронные компоненты от проверенных производителей можно в компании «ЗУМ-СМД». Действует доставка по России. Чтобы уточнить подробности, звоните по телефону +7 (800) 333-48-97 или закажите звонок через форму обратной связи.