SRAM 的英文是 Pseudo Static Random-Access Memory。
可以拆解为:
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Pseudo - 前缀,意为“伪”、“假的”
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Static - 静态的
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Random-Access Memory - 随机存取存储器
所以,它的全称直译就是“伪静态随机存取存储器”。
在口语或技术文档中,人们通常直接使用缩写 PSRAM,因为它已经是一个被广泛接受的通用术语。
为了帮助你更好地记忆,这里有一个与其他内存类型的英文对比:
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SRAM: Static Random-Access Memory (静态随机存取存储器)
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DRAM: Dynamic Random-Access Memory (动态随机存取存储器)
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PSRAM: Pseudo Static Random-Access Memory (伪静态随机存取存储器)
核心摘要
PSRAM,全称 伪静态随机存取存储器,是一种兼具DRAM 的高密度、低成本优势和SRAM 的接口简单、无需复杂刷新控制器特点的特殊内存。你可以把它理解为“用DRAM核心伪装的SRAM”。
1. PSRAM 的工作原理:为什么是“伪”静态?
要理解PSRAM,首先要了解它的两位“亲戚”:SRAM和DRAM。
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SRAM
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工作原理:使用6个晶体管(6T)构成一个存储单元,形成一个稳定的双稳态触发器来存储数据。
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优点:速度快,接口简单(就像直接读写一个地址),无需刷新,操作省心。
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缺点:结构复杂,芯片面积大,导致成本高、容量低、功耗大。
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DRAM
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工作原理:使用1个晶体管加1个电容(1T1C)来存储数据。数据以电荷的形式保存在电容中。
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优点:结构极其简单,密度高、容量大、成本低。
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缺点:电容会漏电,导致数据丢失,因此需要定时刷新(通常每64ms刷新一遍所有行)。这使得接口和控制逻辑变得复杂,需要专用的DRAM控制器。
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那么PSRAM是什么?
PSRAM在物理结构上本质是DRAM,它使用1T1C的存储单元。所以它具有DRAM的高密度和低成本优势。
但是,PSRAM在芯片内部集成了自刷新控制器。这个内置的控制器会自动、透明地在后台完成所有必要的刷新操作。从外部看,处理器或微控制器(MCU)在访问PSRAM时,就像访问一个SRAM一样:发送地址,读写数据,无需关心刷新时序。因此,它“伪装”成了SRAM,这就是“伪静态”这个名字的由来。
2. PSRAM 的主要特点
优点:
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高密度与低成本:继承了DRAM的核心,在同等芯片面积下可以实现比SRAM大得多的容量,且成本远低于同等容量的SRAM。
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接口简单:使用类似SRAM的并行接口,易于连接,无需复杂的DRAM控制器,非常适合作为微控制器的外扩内存。
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低功耗(待机时):由于内部自刷新,主处理器可以进入睡眠模式,而PSRAM自己能维持数据,整体系统功耗较低。
缺点:
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速度不如顶级SRAM:虽然接口简单,但其DRAM核心的访问延迟(尤其是行预充电等操作)使其绝对性能通常低于高性能的SRAM。
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有潜在的随机访问延迟:如果访问正好碰上内部自动刷新周期,可能会引入一些不确定的延迟。
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容量不如标准DRAM:虽然比SRAM容量大,但相比同样技术节点的标准DDR DRAM,其容量还是较小。
3. PSRAM 的主要应用场景
PSRAM的特性决定了它非常适合那些需要比SRAM更大内存、但又嫌标准DRAM控制器太复杂或太耗电的应用。
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消费类电子产品:
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功能手机和低端智能手机:作为应用处理器的主要内存。
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便携式游戏机。
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数码相机、打印机。
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物联网设备:
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这是PSRAM一个非常重要且增长迅速的市场。许多物联网微控制器(如乐鑫ESP32系列)都集成了PSRAM或将其作为可选外设。
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用于存储语音数据、图像缓存、复杂的网络协议栈、JavaScript解释器等,为资源有限的MCU提供了低成本的内存扩展方案。
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网络设备:
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一些路由器、交换机用它来做数据包缓冲。
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作为缓存:
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在某些系统中,用作二级缓存,在成本和性能之间取得平衡。
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4. PSRAM 与 SRAM、DRAM 的对比总结
特性 | SRAM | PSRAM | DRAM |
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存储单元 | 6个晶体管(6T) | 1T+1C(本质是DRAM) | 1T+1C |
核心特点 | 静态,无需刷新 | 内部自刷新 | 需要外部刷新 |
接口 | 简单,并行接口 | 简单,类似SRAM接口 | 复杂,需要专用控制器 |
密度/容量 | 低 | 中 | 高 |
成本 | 高 | 中 | 低 |
速度 | 快 | 中 | 快(在并行总线帮助下) |
功耗 | 较高(工作时) | 低(待机时) | 中等 |
主要用途 | CPU高速缓存、FPGA | IoT设备、功能手机 | 电脑/手机主内存 |
5. 现代发展:串行PSRAM
传统的PSRAM是并行接口,需要大量引脚(地址线、数据线、控制线),占用PCB面积大。为了进一步减小体积和成本,近年来串行PSRAM(如SPI PSRAM、HyperBus PSRAM)变得越来越流行。
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SPI PSRAM:使用简单的SPI接口(通常4线或8线),极大地减少了引脚数量,非常适合空间受限的物联网设备。
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HyperBus PSRAM:提供更高的数据传输速率,同时保持较少的引脚数(通常12个信号引脚)。
总结来说,PSRAM是一种在成本、容量、功耗和易用性之间取得出色平衡的折衷解决方案,尤其在物联网和便携式消费电子领域具有不可替代的地位。