RAM viết tắt của Random Access Memory là loại bộ nhớ cho phép việc đọc và ghi dữ liệu một cách ngẫu nhiên tại bất kỳ điểm nào trong bộ nhớ. Dữ liệu được lưu trữ trên RAM chỉ tồn tại tạm thời và sẽ bị xóa khi không còn cung cấp điện.
Hiện nay, RAM là một thành phần không thể thiếu trong hầu hết các thiết bị điện tử và DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) là một trong những dạng RAM được sử dụng rộng rãi nhất.
DDR SDRAM là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó như thế nào và điểm khác biệt của nó so với SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM) là gì? PCMag sẽ giải đáp qua bài viết sau.
DRAM là gì?
Để hiểu về Dynamic RAM (DRAM), cần biết rằng DRAM lưu trữ thông tin dưới dạng điện tích trong tụ điện. Điều này yêu cầu tụ điện phải được tái sạc định kỳ để duy trì thông tin được lưu trữ.
DRAM là một loại bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, có nghĩa là dữ liệu sẽ bị mất khi không còn điện. Loại bộ nhớ này thường được tìm thấy trong các thiết bị như máy chơi game video và phần cứng mạng.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DRAM
DRAM được thiết kế một cách đơn giản hơn so với SRAM (Static Random Access Memory), sử dụng chỉ một transistor và một tụ điện cho mỗi ô nhớ.
Trong mỗi ô nhớ của DRAM, tụ điện, ký hiệu là C, được dùng để lưu trữ điện tích, trong khi transistor, ký hiệu là T, hoạt động như một công tắc để kiểm soát việc điện tích được lưu trữ hay phóng điện từ tụ điện. Dữ liệu trong một ô DRAM được biểu diễn bởi mức điện tích trên tụ điện, và điện tích này cần được làm mới định kỳ để duy trì thông tin.
Khi cần lưu trữ thông tin vào một ô, transistor T được kích hoạt, và một điện áp xác định được áp dụng qua đường bit, tạo ra và giữ một lượng điện tích nhất định trong tụ điện.
Sau khi transistor được tắt, tụ điện bắt đầu mất điện tích do tự phóng điện. Vì vậy, việc đọc dữ liệu lưu trữ trong ô chỉ chính xác khi thực hiện trước khi lượng điện tích giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định.
Ưu, nhược điểm của DRAM
Ưu điểm
- Tốc độ truy cập cao hơn so với các loại bộ nhớ như ROM hay Flash.
- Chi phí sản xuất ít hơn so với SRAM.
- Cung cấp dung lượng bộ nhớ lớn hơn so với các loại bộ nhớ khác như SRAM.
Nhược điểm
DRAM là một loại bộ nhớ biến đổi, điều này có nghĩa là nó cần được tái tạo liên tục để duy trì dữ liệu. Nếu không được cung cấp điện liên tục hoặc không được làm mới đúng cách, DRAM sẽ mất dữ liệu.
- Tốc độ truy cập của DRAM không nhanh bằng SRAM.
- Tiêu thụ điện năng của DRAM cao hơn so với SRAM.
- DRAM có nguy cơ lỗi dữ liệu do tác động của nhiễu điện từ hoặc các yếu tố khác.
- DRAM không thích hợp để lưu trữ dữ liệu dài hạn như ROM hay Flash.
SDRAM là gì?
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) hay RAM đồng bộ là phiên bản nâng cấp của RAM động (DRAM), được thiết kế để hoạt động cùng nhịp với bộ xử lý trung tâm (CPU).
Trước khi thực hiện bất kỳ hoạt động nào, nó đợi tín hiệu từ đồng hồ hệ thống. Điều này khác biệt với RAM không đồng bộ, loại này sẽ phản hồi ngay lập tức khi có dữ liệu được gửi đến.
Một trong những đặc trưng nổi bật của SDRAM là khả năng làm việc cùng lúc với CPU, cho phép xử lý đồng thời các lệnh mà không cần đợi lệnh trước hoàn thành. Điều này bao gồm việc đọc và ghi dữ liệu trong cùng một chu kỳ đồng hồ, từ đó nâng cao tốc độ và hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Với khả năng cung cấp tốc độ cao hơn, SDRAM đã trở nên phổ biến hơn so với DRAM thông thường.
SDR SDRAM là gì?
SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM) là loại bộ nhớ được ưa chuộng trong các hệ thống máy tính và máy tính chơi game Còn được biết đến dưới tên gọi RAM động đồng bộ với tốc độ dữ liệu đơn, loại RAM này là một phiên bản cụ thể của SDRAM.
Điểm nổi bật của SDR SDRAM là khả năng chỉ xử lý một lệnh đọc hoặc một lệnh ghi trong mỗi chu kỳ đồng hồ, điều này làm cho nó khác biệt so với DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) – loại có khả năng xử lý đồng thời hai lệnh trong mỗi chu kỳ đồng hồ.
DDR SDRAM là gì?
DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) hoặc RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép, đang là chuẩn bộ nhớ chủ đạo cho máy tính ngày nay.
Tuy cơ bản hoạt động giống như SDR SDRAM, DDR SDRAM nổi bật với tốc độ cao gấp đôi, nhờ vào khả năng thực hiện cả hai lệnh đọc và ghi trong mỗi nửa chu kỳ đồng hồ.
Khác biệt về mặt kỹ thuật, DDR SDRAM được thiết kế với 184 chân kết nối và một rãnh, trong khi SDR SDRAM có 168 chân và hai rãnh. Điều này không chỉ phản ánh sự tiến bộ về tốc độ và hiệu suất mà còn về cấu trúc vật lý của RAM.
Các loại DDR SDRAM hiện nay
DDR SDRAM
DDR (Double Data Rate) đại diện cho thế hệ kế tiếp của SDRAM, nổi bật với khả năng truyền dữ liệu gấp đôi so với SDR thông qua việc truyền dữ liệu hai lần mỗi chu kỳ bộ nhớ. Điều này cho phép DDR SDRAM đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn mà không cần tăng tần số của xung nhịp.
DDR SDRAM, thực chất là thế hệ đầu tiên trong dòng DDR, vượt trội hơn hẳn SDR SDRAM nhờ vào bộ đệm tìm nạp trước (prefetch buffer) có kích thước là 2 bit, gấp đôi so với phiên bản trước. Với tốc độ truyền dữ liệu nằm trong khoảng từ 266 đến 400 MT/s, các mô hình như DDR266 và DDR400 là ví dụ điển hình cho loại RAM này.
DDR2 SDRAM (PC2)
DDR2 là thế hệ bộ nhớ thứ hai sau DDR, nổi bật với khả năng cung cấp tốc độ Bus gấp đôi so với tốc độ của xung nhịp, một tiến bộ đạt được nhờ vào những cải tiến đáng kể trong tín hiệu Bus. Prefetch buffer trong DDR2 được mở rộng lên 4 bit, kép lên so với DDR.
Mặc dù DDR2 duy trì tần số xung nhịp cơ bản giống DDR, từ 133 đến 200 MHz, tốc độ truyền dữ liệu của nó có thể tăng lên từ 533 đến 800MT/s nhờ vào sự cải thiện của tín hiệu bus I/O. Hiện nay, DDR2 533 và DDR2 800 là những loại bộ nhớ được ưa chuộng trên thị trường.
DDR3 SDRAM (PC3)
DDR3 mang đến một bước tiến đáng kể trong việc giảm tiêu thụ điện năng, cụ thể là giảm tới 40% so với các mô-đun DDR2, nhờ vào việc sử dụng dòng điện và điện áp hoạt động thấp hơn (1.5V so với 1.8V của DDR2 và 2.5V của DDR). Tốc độ truyền dữ liệu của DDR3 nằm trong khoảng từ 800 đến 1600MT/s.
Với prefetch buffer mở rộng lên tới 8 bit, gấp đôi so với DDR2 và gấp bốn so với DDR, DDR3 cũng giới thiệu thêm hai tính năng mới: ASR (Automatic Self-Refresh) và SRT (Self-Refresh Temperature), cung cấp khả năng tự động làm mới dữ liệu với tốc độ điều chỉnh dựa trên nhiệt độ, tăng cường hiệu quả và độ tin cậy của bộ nhớ.
DDR4 SDRAM (PC4)
DDR4 nâng cao hiệu suất và hiệu quả năng lượng so với các phiên bản trước, với điện áp hoạt động chỉ 1.2V và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, dao động từ 2133 đến 3200MT/s. Thêm vào đó, DDR4 giới thiệu bốn công nghệ Bank Group mới, mỗi nhóm có khả năng hoạt động độc lập, tăng cường hiệu suất bộ nhớ.
Với khả năng xử lý đến bốn lần dữ liệu mỗi chu kỳ xung nhịp, DDR4 đem lại hiệu quả sử dụng năng lượng và xử lý dữ liệu vượt trội so với DDR3. DDR4 còn bổ sung các chức năng nâng cao như DBI (Data Bus Inversion), CRC (Cyclic Redundancy Check), và CA parity, hỗ trợ cải thiện độ tin cậy và ổn định trong truyền và truy cập dữ liệu.
DDR5 SDRAM (PC5)
Engineering Council) phát triển, nổi bật với băng thông rộng hơn, tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và hiệu quả năng lượng tốt hơn so với thế hệ DDR4 trước đó.
Không chỉ cải thiện đáng kể về mức tiêu thụ năng lượng, DDR5 còn tăng dung lượng tối đa lên tới 4 lần so với DDR4, và băng thông bộ nhớ của nó cũng vượt trội hơn. So sánh tốc độ truyền dữ liệu, DDR4 hoạt động trong khoảng từ 1600 đến 3200 MTps, trong khi DDR5 kép lên, từ 3200 đến 6400 MTps.
DDR5 được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng cần sự cao cấp như trò chơi đồ họa nặng và hệ thống máy chủ. Đồng thời, nó cũng bảo đảm tính tương thích ngược với các thế hệ DDR trước, mở rộng khả năng ứng dụng của mình.
Thông số kỹ thuật của DDR SDRAM
| DDR SDRAM Standard | Internal rate (MHz) | Bus clock (MHz) | Prefetch | Data rate (MT/s) | Transfer rate (GB/s) | Voltage (V) |
| DDR | 133-200 | 133-200 | 2n | 266-400 | 2.1-3.2 | 2.5/2.6 |
| DDR2 | 133-200 | 266-400 | 4n | 533-800 | 4.2-6.4 | 1.8 |
| DDR3 | 133-200 | 533-800 | 8n | 1066-1600 | 8.5.14.9 | 1.35/1.5 |
| DDR4 | 133-200 | 1066-1600 | 8n | 2133-3200 | 17-21.3 | 1.2 |
| DDR5 | N/A | 2000-3200 | 16n | 3200-6400 | 38.4 – 56 | 1.1 |
So sánh SDR SDRAM với DDR SDRAM
- Tốc độ: So với SDR SDRAM, DDR SDRAM đạt được tốc độ cao hơn bằng cách truyền dữ liệu hai lần mỗi chu kỳ đồng hồ, trong khi SDR SDRAM chỉ thực hiện một lần truyền dữ liệu trong cùng một chu kỳ.
- Băng thông: DDR SDRAM vượt trội hơn SDR SDRAM về băng thông, cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn và xử lý lượng dữ liệu lớn hơn trong cùng một khoảng thời gian.
- Tiêu thụ điện năng: DDR SDRAM sử dụng ít năng lượng hơn so với SDR SDRAM nhờ vào việc hoạt động ở mức điện áp thấp hơn.
- Giá thành: Ban đầu, DDR SDRAM có giá cao hơn SDR SDRAM. Tuy nhiên, theo thời gian và sự tiến bộ của công nghệ, giá của DDR SDRAM đã giảm và nó trở nên rộng rãi hơn.
DDR SDRAM cung cấp tốc độ và băng thông lớn hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn, và mặc dù có giá khởi điểm cao hơn, giá của nó đã trở nên phải chăng hơn, làm cho nó trở nên phổ biến hơn so với SDR SDRAM.
