RAM, die Abkürzung für Random Access Memory, ist eine Art von Computerspeicher. Als Halbleiterbauelement auf einem Prozessor speichert er Variablen für Berechnungen, die von einer CPU durchgeführt werden. Außerdem stellt RAM Speicheradressen für Register bereit, also für angeforderte Informationen. Zunächst empfängt die CPU einen Lesebefehl, der die Speicheradresse oder den Speicherort der Daten enthält. Anschließend übermittelt der Computer die Adresse an den RAM-Controller. Danach werden die gelesenen Daten zurück an einen CPU-Cache übertragen.
Dieser Lese-/Schreibvorgang wird als Timing bezeichnet. Ein Computer mit kürzeren Timings und weniger Verzögerung dazwischen ermöglicht einen schnelleren Zugriff und eine geringere Latenz. Umgekehrt führen längere Timings zu einer geringeren Leistung und einer höheren Latenz.
RAM ermöglicht den Zugriff auf jedes Byte des Speichers, ohne dass zuvor auf die davorliegenden Bytes zugegriffen werden muss. Als flüchtiges Medium zur Datenspeicherung benötigt RAM eine Stromversorgung des Geräts, in dem er sich befindet, damit auf den Speicher zugegriffen werden kann und er funktioniert.
Bei RAM gibt es zwei mögliche Speichertypen: SRAM und DRAM.
DRAM, auch als Dynamic Random Access Memory bezeichnet, ist ein weit verbreiteter RAM-Typ. Dabei handelt es sich um einen Speicherchip, der große Datenmengen aufnehmen kann, aber viel Strom benötigt.
SRAM, also Static Random Access Memory, ist ebenfalls ein Speicherchip. Im Vergleich zu DRAM benötigt er weniger Strom und bietet eine bessere Leistung. Der Grund: DRAM muss während des Betriebs aufgefrischt werden. SRAM muss nicht aufgefrischt werden.
Die Struktur von SRAM und DRAM bestimmt ihre wichtigsten Eigenschaften, Vor- und Nachteile sowie Einsatzgebiete.
Static RAM (SRAM): Am besten geeignet für:
SRAM wird in verschiedenen Arten elektronischer Geräte eingesetzt – von Hörgeräten bis hin zu Routern.
- CPU-Cache
- Festplatten-Cache
- Netzwerk-Cache
- Wissenschaftliche und automobile Elektronik
- Mikroprozessoren
- Moderne Haushaltsgeräte
- Spielzeug
- Computer
- Router
- Peripheriegeräte
- Tragbare und batteriebetriebene Geräte
Dynamic RAM (DRAM): Am besten geeignet für:
DRAM kommt in Servern vor und wird im Hauptspeicher von Computern sowie in Grafikkarten eingesetzt.
- Systemspeicher
- Verbindung mit einem CPU-Bus
- Smartphones und Tablets
- Laptops
- Digitale Elektronik mit hohem Speicherbedarf
- Grafikkarten
Inhaltsverzeichnis
- SRAM vs. DRAM: Der Unterschied zwischen SRAM und DRAM erklärt
Die wichtigsten Unterschiede zwischen SRAM und DRAM
| SRAM: Static Random Access Memory | DRAM: Dynamic Random Access Memory | |
|---|---|---|
| Kosten | Teurer | Günstiger |
| Leistung | ||
| Verwendung | Höhere Lese-/Schreibgeschwindigkeit. On-Chip-Speicher mit minimaler Zugriffszeit | Niedrigere Lese-/Schreibgeschwindigkeit. Off-Chip-Speicher mit längerer Zugriffszeit |
| Dichte | Geringere Dichte | Höhere Dichte |
| Stromverbrauch | Geringerer Stromverbrauch | Höherer Stromverbrauch |
| Speicherkapazität | Geringere Kapazität | Höhere Kapazität |
| Flüchtigkeit | Flüchtig, kein Auffrischen erforderlich | Flüchtig, Auffrischen erforderlich |
| Physische Platzierung | Prozessoren oder zwischen einem Prozessor und dem Hauptspeicher | Hauptplatine |
| Datenerhalt | Längerer Datenerhalt | Kürzerer Datenerhalt |
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Was ist SRAM?
Solange SRAM mit Strom versorgt wird, behält es die Daten in seinem Speicher. Anders als bei DRAM muss SRAM nicht ständig aufgefrischt werden. Dass kein Auffrischen erforderlich ist, ist ein großer Vorteil, denn dadurch werden sowohl die Leistung verbessert als auch der Stromverbrauch gesenkt.
SRAM wird häufig als Speicher-Cache eines Computers verwendet. So findet es sich beispielsweise im L2- oder L3-Cache eines Prozessors. Aufgrund seiner Kosten und Größe wird SRAM normalerweise nicht als Hauptspeicher eines Computers eingesetzt. Allerdings kann SRAM als Puffer-Cache in einem Laufwerk, einem Drucker-Peripheriegerät oder einem Netzwerkrouter beziehungsweise -switch verwendet werden.
SRAM kann jedoch auch für zahlreiche andere Zwecke eingesetzt werden. Beispielsweise kann SRAM Bestandteil eines RAMDAC oder eines Digital-Analog-Wandlers auf der Video- oder Grafikkarte eines Computers sein.
SRAM findet sich in vielen anderen Geräten, etwa in Mobiltelefonen, Tablets und Wearables. Darüber hinaus ist SRAM in medizinischen Produkten, Spielzeug, Haushaltsgeräten, Automobilen, Industrieanlagen und einer Vielzahl von IoT-Geräten verbaut.
Aufbau von SRAM
SRAM wird hauptsächlich als Speicher-Cache für eine CPU eingesetzt. Dieser Halbleiter besteht aus Flip-Flop-Speichern und verwendet bistabile Verriegelungsschaltungen, um jedes Bit zu speichern. Die Daten werden in Speicherzellen mit vier bis sechs Transistoren gespeichert.
In einem SRAM-Chip speichert jede Speicherzelle eine Binärziffer, solange Strom zugeführt wird. Sobald ein Flip-Flop ein Bit speichert, behält es diesen Wert, bis das entgegengesetzte Bit gespeichert wird. SRAM ist relativ groß, ermöglicht aber einen schnellen Datenzugriff. Außerdem liegt SRAM in Form eines On-Chip-Speichers vor.
Vorteile von SRAM
Sowohl SRAM als auch DRAM haben ihre Vorteile. Im Vergleich zu DRAM ist SRAM jedoch tendenziell schneller und erreicht eine Zugriffszeit von nur zehn Nanosekunden. Außerdem muss SRAM nicht aufgefrischt werden, wie es bei DRAM ständig erforderlich ist. SRAM verbraucht zudem weniger Strom als DRAM und benötigt lediglich einen konstanten, geringen Strom.
Nachteile von SRAM
SRAM bietet zwar viele Vorteile, hat aber auch einen Nachteil. SRAM ist tendenziell teurer und benötigt mehr Chipfläche. Pro Chip steht weniger Speicher zur Verfügung, und die Herstellung ist schwieriger. Der Stromverbrauch von SRAM hängt von der Zugriffshäufigkeit ab. Wird SRAM also langsamer verwendet, verbraucht es im Leerlauf nahezu keinen Strom. Bei höheren Frequenzen verbraucht SRAM jedoch genauso viel Energie wie DRAM.
3 SRAM-Typen
Die drei Arten von SRAM-Modulen werden verwendet, um den Cache älterer Computer aufzurüsten, damit diese mehr Daten speichern können. Wir haben bereits erläutert, dass der oben beschriebene SRAM hohe Geschwindigkeiten ermöglicht. Ein weiterer Grund für die hohe Geschwindigkeit von SRAM ist, dass er dem Mikroprozessor den Zugriff auf andere Speicherquellen neben einer Festplatte ermöglicht.
SRAM umfasst drei Module:
- Asynchroner statischer RAM: Dieser SRAM-Typ war der erste überhaupt und wird normalerweise verwendet, um älteren Geräten kostengünstige Upgrades zu bieten. Die Upgrades können den Speicher oder die Geschwindigkeit betreffen.
- Synchroner Burst-Static-RAM: Dieser SRAM-Typ ist teuer, aber sehr schnell.
- Pipeline-Burst-Static-RAM: PBSRAM ist heute der am häufigsten verwendete SRAM-Typ. Nach dem ersten Zugriff ist er so konzipiert, dass weitere Zugriffszyklen weniger Maschinenzyklen benötigen, wodurch mehr Daten ausgegeben werden können.
SRAM-Preise
Angesichts der Geschwindigkeits- und Größenvorteile von SRAM überrascht es nicht, dass SRAM im Vergleich zu DRAM deutlich teurer ist. Während ein SRAM-Cache etwa 5.000 US-Dollar kostet, kostet ein Gigabyte DRAM mit etwa 50 US-Dollar deutlich weniger.
Da SRAM Flip-Flops verwendet, die aus bis zu 6 Transistoren bestehen können, benötigt SRAM zum Speichern von 1 Bit mehr Transistoren als DRAM. Zum Vergleich: DRAM verwendet nur einen einzelnen Transistor und einen Kondensator. Daher benötigt SRAM für die gleiche Speichermenge eine größere Anzahl an Transistoren. All dies erhöht die Produktionskosten.
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Was ist DRAM?
Dynamic Random Access Memory (DRAM) ist ein Typ von Halbleiterspeicher. DRAM wird normalerweise für den von einem Computerprozessor benötigten Programmcode verwendet. Allerdings findet sich DRAM auch in PCs, Workstations und Servern. RAM ermöglicht dem Prozessor eines PCs den direkten Zugriff auf jeden Teil des Speichers, anstatt ausgehend von einer bestimmten Stelle sequenziell vorzugehen.
RAM ermöglicht einen schnelleren Datenzugriff als Speichermedien wie Festplatten. RAM ist vor allem aufgrund seiner Position – in der Nähe des Computerprozessors – schneller.
Aufbau von DRAM
DRAM basiert auf einer 1T1C- oder Ein-Transistor-ein-Kondensator-Zellstruktur. Die Zellen sind in einem rechteckigen, gitterartigen Array angeordnet. An den Transistor in einer DRAM-Zelle wird eine Spannung angelegt. Dieser Spannung wird anschließend ein Datenwert zugewiesen und sie wird auf eine Bitleitung gelegt. Danach wird der Speicherkondensator geladen. Jedes Datenbit wird in einem Kondensator gespeichert.
Mit der Zeit neigt die Ladung im Kondensator dazu, sich zu entladen, wenn der Transistor ausgeschaltet wird. Deshalb müssen die im Kondensator gespeicherten Daten alle 64 Millisekunden aufgefrischt werden. DRAM benötigt weniger Chipfläche, weil es weniger Komponenten besitzt. Daher fasst ein DRAM-Chip im Vergleich zu SRAM mehr Speicher. Außerdem weist DRAM die Eigenschaften eines Off-Chip-Speichers auf.
Vorteile von DRAM
Die Verwendung von DRAM bietet viele Vorteile. Einer der bemerkenswertesten ist vielleicht der Preis. Im Vergleich zu SRAM sind die Kosten tendenziell deutlich niedriger. Auch das Design ist relativ einfach, und die Tatsache, dass nur ein Transistor erforderlich ist, wirkt sich positiv auf den Preis aus. Die meisten Computer verwenden DRAM, weil dieser bei geringeren Kosten eine höhere Speicherdichte unterstützt.
DRAM bietet außerdem eine hohe Speicherdichte und kann große Datenmengen speichern. Solange DRAM in Betrieb ist, kann der Speicher zudem aufgefrischt – und gelöscht – werden.
Nachteile von DRAM
Wie SRAM hat auch DRAM Vor- und Nachteile. Zu den Nachteilen gehört, dass DRAM langsamer als SRAM ist. DRAM benötigt alle paar Millisekunden kurze Stromimpulse. Diese Stromzufuhr ist erforderlich, weil der Speicher aufgefrischt werden muss. Das kostet Zeit und ist der Grund, warum DRAM langsam ist. Die durchschnittliche Zugriffszeit von DRAM beträgt 60 Nanosekunden. Zum Vergleich: Wie bereits erwähnt, kann die Zugriffszeit von SRAM etwa zehn Nanosekunden betragen.
Ein weiterer Nachteil von DRAM ist, dass es tatsächlich Strom benötigt. Andernfalls gehen die Daten verloren. Außerdem verbraucht DRAM im Vergleich zu SRAM mehr Strom.
5 DRAM-Typen
- Synchroner DRAM: Dieser DRAM-Typ wird verwendet, um die Taktraten von CPU und Speicher zu synchronisieren. Dadurch kennt der Speichercontroller den Zyklus des CPU-Takts, und die CPU kann mehrere Aktionen gleichzeitig ausführen.
- Rambus-DRAM: Dieser DRAM-Typ ist etwas veraltet. Anfang der 2000er-Jahre wurde er häufiger in Grafikkarten eingesetzt.
- Double-Data-Rate-SDRAM: Dieser DRAM-Typ verdoppelt nahezu die Bandbreite von synchronem DRAM, weil er eine doppelte Pin-Belegung verwendet. Dadurch können Daten sowohl an der steigenden als auch an der fallenden Flanke eines Taktsignals übertragen werden. DDR-SDRAM wurde im Laufe der Zeit in verschiedenen Generationen aufgelegt, darunter DDR2-SDRAM, DDR3-SDRAM und DDR4-SDRAM.
- Fast-Page-Mode-DRAM: Dieser DRAM-Typ bietet eine höhere Leistung als andere DRAM-Typen, indem er sich auf einen schnellen Seitenzugriff konzentriert.
- Extended-Data-Out-DRAM: Dieser DRAM-Typ verbessert die Lesezeit aus dem Speicher bei Mikroprozessoren wie dem Intel Pentium.
DRAM-Preise
Im Vergleich zu SRAM ist DRAM deutlich günstiger. Ein Teil des Preisunterschieds ergibt sich aus den Kosten pro Gigabyte. Ein Gigabyte DRAM kostet etwa 50 US-Dollar, während SRAM mehr als 5.000 US-Dollar kosten kann.
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Können SRAM und DRAM gemeinsam verwendet werden?
Angesichts der großen Unterschiede zwischen SRAM und DRAM stellt sich die Frage, ob beide gleichzeitig verwendet werden können. Die kurze Antwort lautet: ja. Ja, beide können verwendet werden – und tatsächlich ergänzen sie sich. Wenn die Hardware beide Designs integriert, gibt es keinen Grund, sie nicht gemeinsam zu verwenden. Werden beide eingesetzt, kann sich auch die RAM-Latenz zwischen den beiden als vorteilhaft erweisen.
Werden beide verwendet, entsteht ein Speichersystem, das sowohl kostengünstig als auch schnell ist. Kurz gesagt: Sie erhalten das Beste aus beiden Welten.
Fazit: Der Unterschied zwischen SRAM und DRAM
Static RAM oder SRAM und Dynamic RAM oder DRAM sind RAM-Typen. SRAM bietet tendenziell eine bessere Leistung bei geringerem Strombedarf. Allerdings ist SRAM in der Regel deutlich teurer als DRAM. SRAM benötigt außerdem mehr Platz und wird häufig für den Speicher-Cache eines Computers verwendet. Aufgrund seiner Kosten und Größe kommt es nicht als Hauptspeicher zum Einsatz. SRAM verwendet zudem Transistoren, während DRAM Kondensatoren und nur wenige Transistoren nutzt.
Die meisten Computer verwenden statt SRAM DRAM. SRAM wird jedoch für andere Zwecke eingesetzt, beispielsweise als Digital-Analog-Wandler auf der Grafikkarte eines Computers.
Aufgrund der Unterschiede zwischen DRAM und SRAM eignet sich DRAM besser als Hauptspeicher, während SRAM besser für den Prozessor-Cache geeignet ist.