¿Cuál es la diferencia entre RAM estática y RAM dinámica?

Gracias por A2A.

La RAM dinámica es más simple de fabricar y más simple de explicar.

Cada bit está representado por un pequeño condensador impreso dentro del chip RAM. Carga = 1, en blanco = 0. El problema con los condensadores es que tienen fugas. Esto significa que un controlador de memoria debe leer cada ubicación de RAM antes de que se descomponga y reescribir los datos.

En máquinas mucho más antiguas, esta función fue realmente realizada por la CPU. En el DIMM moderno que generalmente se llama SD-RAM (RAM dinámica estática), hay un controlador en el módulo que se encarga de los ciclos de actualización para que la CPU pueda comportarse como si estuviera usando RAM estática.

La RAM estática verdadera requiere al menos seis transistores para representar un solo bit, y debido a que conducen electricidad, disiparán más calor que la RAM dinámica, pero no requieren ciclos de actualización.

Dada la densidad de los transistores en una CPU moderna, es completamente posible que 128 GB de RAM estática se puedan comprimir en el mismo espacio, incluso en el mismo troquel que contiene la CPU. ¿Por qué 128GB, preguntas? Redundancia. En una matriz de CPU / RAM estática, hay un administrador de redundancia, de modo que si alguna celda de los 64 GB disponible para la CPU falla, el administrador de memoria redirige y direcciona otro bloque.

Durante varios años he estado abogando por este enfoque, y preveo un momento en que los fabricantes no tendrán más remedio que adoptarlo porque el número creciente de líneas de datos y direcciones junto con la velocidad cada vez mayor significará que un módulo DIMM estará demasiado lejos desde la CPU para funcionar de manera confiable.

Comencemos con las diferencias de interfaz entre SRAM y RAM dinámica (SDRAM / DDR / DDR2 / DDR3 / DDR4):

Reloj: los dispositivos de RAM dinámica (SDRAM / DDR / DDR2 / DDR3 / DDR4) están sincronizados, mientras que SRAM no.

Direccionamiento: cuando se realizan accesos a SRAM, no hay canalización interna para la dirección; es decir, los valores de la dirección no se almacenan internamente. Para ilustrar, con la habilitación de selección y lectura de chip activa, si se ingresa la dirección al dispositivo, el valor de la dirección entrará en vigencia de inmediato. Este tipo de acceso de lectura se ilustra a continuación:

Todas las líneas de dirección se introducen en estos dispositivos simultáneamente.

Se necesita más cantidad de líneas de dirección. Si se necesita 1MBit SRAM organizado como 128K x8 bits, necesitaría 17 líneas de dirección. Las ubicaciones de 1K necesitan 10 líneas de dirección, 2 ^ 10 = 1024 y las ubicaciones de 128K, es decir (2 ^ 7) (1024) necesitarían 17.

Para la RAM dinámica (DDR / DDR2 / DDR3 / DDR4), el almacenamiento interno se organiza como matrices, con filas, columnas y bancos que definen una ubicación.

Por ejemplo: 512Mbit DDR (16M x 4 bancos x 8 bits de ancho) está organizado como cuatro bancos y cada banco tiene ubicaciones de bytes de 16M (16M x 4 x 8 = 16M x 32 = 512M).

Ahora, cada uno de estos cuatro bancos está organizado como 2 ^ 13 filas x 2 ^ 11 columnas. Una dirección de fila de 13 bits y una dirección de columna de 11 bits juntas definen una ubicación DDR. El dispositivo debe tener 13 líneas de dirección externas (mayor de filas y columnas) y dos líneas más para la selección de bancos (4 bancos), por lo que 15 líneas en total. La dirección de la fila se proporciona primero en el DDR, seguida de la dirección de la columna. Para el caso anterior, (2 ^ 13 ) * (2 ^ 11 ) = (2 ^ 10) * (2 ^ 10) * 16 = 16 millones de ubicaciones.

El acceso de lectura en un DDR se muestra a continuación:

Como es evidente, se necesita una menor cantidad de líneas de direcciones externas en un dispositivo DDR. El chip SRAM de la misma capacidad (512M bit) organizado como 64M x 8 bits habría necesitado 23 líneas de direcciones externas.

Elementos internos: las ubicaciones de almacenamiento dentro de una SRAM son flipflops, mientras que para una DDR, son condensadores. La presencia o ausencia de carga en estos condensadores denota el bit 1 o 0.

La RAM dinámica se construye utilizando condensadores y transistores. Los almacenadores almacenan información en forma de 0 y 1 donde 1 representa la presencia de carga y 0 representa la ausencia de carga. Esta es la estructura básica de un D-RAM: –

Actualizar D-RAM aquí significa copiar el contenido de D-RAM en la memoria intermedia, amplificarlo y almacenarlo nuevamente en D-RAM.

Motivo de la actualización: con el paso del tiempo, la carga almacenada en el condensador puede perderse y, por lo tanto, se pierde la información almacenada en él. Para evitar esta condición, se agrega un circuito de actualización adicional a D-RAM que de vez en cuando actualiza el contenidos de la memoria.

La RAM estática tiene un par de transistores que se encienden y apagan entre sí, por lo que hay campos eléctricos que activan los canales para conducir y apagar el transistor opuesto. Este es un estado que se refuerza a sí mismo, por lo que puede continuar para siempre.

En una RAM dinámica solo hay un poco de carga o no en la puerta de un transistor. Esta carga se escapará en milisegundos, ya que no hay nada que la mantenga activa todo el tiempo. Por lo tanto, la RAM dinámica debe tener una sacudida de actualización cada pocos milisegundos, donde un pulso hace que el transistor de lectura refuerce el nivel de carga en su puerta.

Esta fue una de las razones del éxito del Apple II original, Steve Wozniak ideó un circuito simple de escáner de doble función que refrescó la memoria como parte del ciclo de visualización de la memoria en la pantalla.

La memoria dinámica toma aproximadamente 1/4 de las partes por memoria estática de las celdas, por lo que es aproximadamente 1/4 del precio, el tamaño y el costo.

El único inconveniente, además de necesitar el circuito de actualización, es que no es bueno si realmente necesita un tiempo de acceso confiable y bajo, como si los datos ingresan a una velocidad determinada y tienen que guardarse cada nanosegundo o se pierden. Eso significa que no puede usar RAM dinámica en cosas como tarjetas de red o ámbitos digitales, al menos no sin una memoria intermedia aún más caliente.

La RAM dinámica se remonta mucho más allá de lo que la mayoría de la gente piensa. Había un tipo muy inteligente en Iowa de todos los lugares que construyó una computadora electrónica binaria con memoria RAM dinámica, nunca adivinará: 1939-1942:

Computadora Atanasoff – Berry

Los condensadores de almacenamiento de bits se veían así:

(Hoy en día puedes comprar un chip RAM dinámico de 32 GB que es más pequeño que ese condensador de memoria de 1 bit).

Los condensadores se actualizaban cada vez que un tambor lleno de ellos giraba una revolución, por lo que los condensadores tenían que mantener su carga durante muchos milisegundos.

Es realmente afortunado que comenzaran antes de la guerra, porque durante la misma probablemente no podrían obtener ese tipo de condensadores de baja fuga de mica, no sin un documento de prioridad difícil de obtener. Durante la guerra, la desafortunadamente llamada corporación “MicaMold” tuvo que cambiar a fabricar condensadores con aislamiento de papel en lugar de mica, lo que significaba que tenían una fuga intrínseca y después de un año en el Pacífico Sur eran prácticamente inútiles.

También hubo otro nombre desafortunado de la compañía de condensadores, durante una guerra contra los alemanes es un poco irónico usar condensadores etiquetados como “TOBE DEUTSCHMAN”.

Hay dos enfoques básicos para implementar memoria en circuitos digitales.
El primero es el circuito secuencial estático . Se basa en la aplicación de retroalimentación positiva para proporcionar dos estados estables . Tal circuito biestable puede usarse para almacenar un bit de información. Un estado estable puede corresponder a 0 y el otro a 1.

El otro enfoque para realizar la memoria utiliza el almacenamiento de carga en un condensador. Cuando el condensador está cargado, se puede ver que almacena un 1. Cuando se descarga, se puede ver que almacena un 0. Dado que el condensador finalmente se descargará, tal forma de memoria requiere la recarga periódica del condensador, un proceso conocido como refrescar . Dichos circuitos se conocen como circuitos secuenciales dinámicos.

Jacob VanWagoner ha explicado cómo se realizan muy bien.

RAM estática y RAM dinámica
Primero echemos un vistazo a la imagen de la memoria:
Si miras la imagen de arriba, entonces la CPU Cache es la SRAM. (En realidad, el archivo de registro también es SRAM multipuerto) y la memoria física es DRAM.

Presencia física de DRAM y SRAM:
SRAM (como caché)

DRAM (como memoria)
¿Recuerdas las ranuras DIMM en tu placa base o la imagen a continuación trae recuerdos:


Implementación general de SRAM y DRAM:
Tanto SRAM como DRAM se implementan de la siguiente manera en la implementación de matriz:
Entonces, ¿de dónde viene la diferencia principal? Viene en la implementación de los cuadros cuadrados que ves arriba, conocidos como celdas de memoria.

Celda de memoria de SRAM y DRAM:
El izquierdo es SRAM y el derecho es DRAM. Obtienen su nombre debido a esta implementación de celda.
Si nos fijamos en SRAM , entonces se ve de la siguiente manera:

La celda 6T SRAM contiene un par de inversores débiles de acoplamiento cruzado que sostienen el estado y un par de transistores de acceso para leer o escribir el estado. La retroalimentación positiva corrige las perturbaciones causadas por fugas o ruido. La celda se escribe conduciendo el valor deseado y su complemento a las líneas de bits, bit y bit_b, y luego elevando la línea de palabras, palabra. Los nuevos datos dominan los inversores de acoplamiento cruzado. Se lee precargando las dos líneas de bits de altura y luego permitiéndoles flotar. Cuando se eleva la palabra, bit o bit_bpulls hacia abajo, indicando el valor de los datos.
Ahora, si observa la celda DRAM , puede ver un condensador que contiene los datos, es decir, 1 si está cargado y 0 si está descargado.
Pero ahora, si es consciente, el condensador tiende a perder carga durante un período de tiempo y, por lo tanto, esto debe recargarse periódicamente. Debido a esto, solo se les conoce como dinámicos.

¡Permítanme explicar esto usando una analogía simple!

Imagine un vaso de agua y dos tipos de fluidos: uno rojo y otro azul.

Una computadora almacena información en el sistema de números binarios. Esto significa que todo es 0 o 1, y la combinación de estos dos valores decide los datos almacenados, como texto, una imagen, Windows, etc.

Digamos que el fluido rojo es 0 y el fluido azul es 1. Y que queremos almacenar la siguiente combinación “01101”.

Hacemos esto tomando 5 vasos vacíos y llenándolos con líquido coloreado de acuerdo con los 0 y 1.

Ahora digamos que hacemos algo más, pero queremos recordar esta combinación, así que simplemente los dejamos así.

Si regresamos una hora después, los colores seguirán siendo los mismos, suponiendo que no haya evaporación, y por lo tanto, todavía recordamos la combinación de “01101”. Incluso si regresamos después de una semana, seguirá siendo el mismo, a menos que, por supuesto, vaciemos los cinco vasos.

Este es el concepto de RAM estática, los datos se almacenarán en la RAM y permanecerán allí, hasta que se modifiquen o eliminen.

Pero como todos sabemos, si mantenemos el agua en un vaso, se evaporará con el tiempo. Y si volvemos después de un día, o tal vez una semana más tarde, el agua desaparecerá, a menos que la volvamos a llenar.

Este es el concepto de RAM dinámica, los datos se almacenarán, pero si se mantienen allí por mucho tiempo desaparecerán, ¡a menos que se vuelvan a archivar o cambiar!

¡Ahí lo tienes! Esta es una explicación simple de RAM estática y dinámica usando términos simples, un par de anteojos y algunos fluidos de colores.

La RAM dinámica necesita una “actualización” periódica para mantener los datos almacenados sin corrupción. Esta actualización la realiza el hardware y es invisible para el usuario y el sistema operativo. La RAM estática almacena información sin actualizar. La RAM dinámica debe ser poderosa para preservar los datos. Es posible que la RAM estática no necesite ser alimentada.

La RAM estática es menos densa y más cara y generalmente más rápida.

La mayoría de los dispositivos informáticos utilizan RAM dinámica como medio de almacenamiento primario.

Ciertamente puede actualizar la RAM estática si la tiene y puede soldar (muy bien), pero probablemente no la tenga.

No puede actualizarlo fácilmente porque los fabricantes no suelen enviar un dispositivo que contenga RAM estática fácilmente extraíble o cualquier RAM estática.

Quizás esté pensando en dos métodos de empaquetado diferentes para RAM dinámica, soldados y extraíbles. Algunas (la mayoría) de las PC tienen módulos RAM extraíbles (dinámicos), algunas tienen RAM soldada (Apple, la mayoría de las ultrabooks). Otros dispositivos como tabletas y teléfonos casi siempre se fabrican con RAM soldada (nuevamente dinámica). Si tiene un horno de reflujo y muchas pequeñas bolas de soldadura, “podría” actualizar esa RAM soldada (en teoría, ¿alguien alguna vez ha hecho esto en un dispositivo de consumo?)

Horno de reflujo – Wikipedia

Conjunto de cuadrícula de bolas – Wikipedia

Puede ser bastante tedioso dependiendo del dispositivo

Paquete en paquete – Wikipedia

Podemos acceder a cualquier ubicación aleatoria desde la RAM, por lo que se denomina memoria de acceso aleatorio (RAM). Ahora, la RAM se clasifica como estática y dinámica. El almacenamiento de un bit en SRAM requerirá seis transistores en caso de que la DRAM tome un transistor y un condensador. El mecanismo de almacenamiento SRAM se basa en un inversor de acoplamiento cruzado, mientras que la DRAM almacena los datos con la ayuda del condensador. El componente electrónico tiende a tener fugas con el tiempo. Hay una probabilidad muy alta de que no podamos obtener datos correctos en la DRAM debido a la fuga del condensador, por lo tanto, la DRAM necesita actualizarse periódicamente. Si estoy hablando de la velocidad SRAM más rápido en comparación con DRAM y generalmente es adecuado en la memoria caché. El inconveniente de SRAM es más costoso y consumirá más área en el chip de silicio en comparación con DRAM.

Esto corresponde a la segunda parte de la pregunta. La respuesta de Jessie Pollard resume la pregunta inicial.

La RAM estática se basa en puertas booleanas en lugar de RAM dinámica que utiliza transistores y condensadores. El número de componentes necesarios en la fabricación de RAM estática es mucho más de lo necesario para hacer RAM dinámica (según la norma actual, los transistores se han reducido bastante cerca de los niveles de nano).

Debido a que tiene más partes, una unidad de memoria estática ocupa mucho más espacio en un chip que una celda de memoria dinámica (por ejemplo, digamos que 1 mm * 1 mm de espacio puede acomodar 1 MB de SRAM pero puede acomodar 1 GB de DRAM). Por lo tanto, obtienes menos memoria por chip, y eso hace que la RAM estática sea mucho más costosa.

Como consecuencia, la RAM estática es costosa de fabricar pero rápida, y la RAM dinámica es menos costosa de fabricar y más lenta. Por lo tanto, la RAM estática se usa para crear el caché sensible a la velocidad de la CPU (caché L1, L2, L3 y similares), mientras que la RAM dinámica forma el mayor espacio de RAM del sistema.

PD: los tiempos de DRAM como 9–9–9–24 se traducen libremente después de cuánto tiempo debe actualizarse (está en orden de nano segundos).

Dynamic ram contiene un pequeño condensador para cada bit dentro de esa memoria.

Como todos los condensadores, tiene fugas, un poco lento.

La actualización hace que la electrónica lea el valor actual y luego lo vuelva a escribir en el condensador. Esto “actualiza” el valor almacenado en el condensador.

Se debe volver a calcular un poco más rápido que el tiempo que tarda el condensador en perder su carga y, por lo tanto, el valor del bit. Esto permite varios accesos de memoria a la memoria entre ciclos de actualización.

Pero sin la actualización, el bit pierde valores … y provoca errores de memoria.

La RAM dinámica tiene un condensador en cada celda, por lo tanto, debe actualizarse constantemente, de lo contrario, los datos se perderán debido a la descarga del condensador. La RAM estática no tiene condensador, por lo que es más rápido (ya que no hay actualizaciones) y puede almacenar datos siempre que haya energía. Pero usa más transistores, por lo tanto, ocupa más área y cuesta mucho más que la RAM dinámica

Las RAM estáticas no necesitan actualizarse periódicamente para mantener los datos, mientras que las RAM dinámicas deben actualizarse periódicamente. Ambos son memoria volátil donde en la memoria se pierde una vez que se retira la fuente de alimentación.
Las RAM estáticas se usan comúnmente para almacenar los registros en microprocesadores, como RAM para microcontroladores y como cachés primarios en algunos microprocesadores potentes. Aunque no es necesario actualizarlos peroódicamente, son bastante voluminosos y menos densos en comparación con las RAM dinámicas.
Las RAM dinámicas se utilizan principalmente como memoria primaria para las computadoras personales que usamos hoy en día. La simplicidad estructural de las DRAM les permite alcanzar frecuencias de alta densidad y, por lo tanto, son más adecuadas para su uso en computadoras de escritorio, computadoras portátiles y estaciones de trabajo.

La RAM estática tiene más condensadores que la RAM dinámica, por lo que la RAM dinámica debe actualizarse con frecuencia, a diferencia de la RAM estática, que puede almacenar más carga. Además, la RAM dinámica es más lenta por la misma razón.

La RAM estática en la mayoría de las PC está integrada en la CPU. Es una pequeña porción de memoria EXTREMADAMENTE rápida que la CPU puede utilizar para acceder a pequeños bits de datos, acelerando ciertas tareas. La RAM estática no necesita actualizarse como la RAM dinámica (de ahí la “estática”).

PUEDE actualizarse en algunas circunstancias, pero probablemente necesitará varios miles de dólares en equipos industriales y un poco de experiencia técnica.

A continuación se detallan varias diferencias entre RAM estática y RAM dinámica:

1. La RAM estática es rápida, mientras que la RAM dinámica es lenta.
2. La RAM estática es costosa, mientras que la RAM dinámica es menos costosa.
3. La RAM estática tiene baja densidad, mientras que la RAM dinámica tiene alta densidad.
4. El acceso a la RAM estática es más fácil, mientras que el acceso a la RAM dinámica es difícil.
5. La arquitectura de RAM estática es difícil, mientras que la arquitectura de RAM dinámica es fácil.
6. La RAM estática retiene sus estados, mientras que la RAM dinámica no puede retener sus estados.
7. La capacidad de almacenamiento de RAM estática es menor, mientras que la capacidad de almacenamiento de RAM dinámica es mayor.

Otros han explicado la diferencia entre una memoria RAM estática y dinámica, y que la estática es más rápida pero considerablemente más cara.

La razón por la que no se puede actualizar es porque los fabricantes han decidido no empaquetarlo para que pueda actualizarse. Poner cosas en zócalos para hacerlos actualizables tiende a hacerlos más lentos. Para DRAM, la desaceleración no es un gran problema. Para SRAM, la desaceleración sería tanto que eliminaría gran parte del valor de la SRAM. De hecho, gran parte de la SRAM está en el chip de la CPU para que esté lo más cerca posible de la CPU.

1. La memoria estática de acceso aleatorio ( SRAM o RAM estática ) es un tipo de memoria de semiconductores que utiliza circuitos de enclavamiento biestables para almacenar cada bit. El término estático lo diferencia de la RAM dinámica (DRAM) que debe actualizarse periódicamente.

Las diferencias entre RAM estática y RAM dinámica son las siguientes:

RAM estática Vs RAM dinámica