RAM hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên cho phép truy xuất đọc và ghi ngẫu nhiên đến bất kì vị trí nào bên trong bộ nhớ. Thông tin lưu trên RAM chỉ là tạm thời, chúng sẽ mất đi khi mất nguồn điện cung cấp.

Hầu hết ngày nay các thiết bị điện tử đều sử dụng RAM. Và một trong những loại RAM phổ biến nhất hiện nay đó là RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép (DDR SDRAM – Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM).

Vậy DDR SDRAM là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao và nó khác gì so với SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM). Hãy cùng bài viết tìm hiểu nhé.

DRAM là gì?

Trước tiên ta cần tìm hiểu về Dynamic RAM. RAM động (DRAM) có khả năng lưu trữ thông tin nhị phân dưới dạng điện tích áp dụng cho tụ điện. Để đảm bảo các thông tin lưu trữ trên các tụ điện được duy trì thì các tụ điện phải được sạc định kỳ.

Bên cạnh đó thì DRAM cũng là bộ nhớ được truy cập ngẫu nhiên, cho nên khi nguồn điện bị mất thì toàn bộ dữ liệu cũng sẽ mất theo.

DRAM thường được sử dụng trên các loại máy chơi game video, phần cứng mạng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DRAM

DRAM có cấu tạo và nguyên lý hoạt động đơn giản hơn so với SRAM (RAM tĩnh). Chúng sử dụng một bóng bán dẫn và một tụ điện trong mỗi tế bào như hình bên dưới.

Trong đó, tụ điện được ký hiệu là C, bóng bán dẫn ký hiệu là T. Thông tin được lưu trữ trong một tế bào DRAM dưới dạng điện tích trên tụ điện và điện tích này cần phải được sạc lại định kỳ.

Để lưu trữ thông tin trong ô này, bóng bán dẫn T được bật và có điện áp thích hợp được đặt vào đường bit, nhờ đó mà một lượng điện tích được tạo ra và lưu trữ trong tụ điện.

Sau khi tắt bóng bán dẫn, do thuộc tính của tụ điện, nó bắt đầu phóng điện. Do đó, việc đọc thông tin được lưu trữ trong ô chỉ chính xác trong trường hợp nó cần được đọc trước khi điện tích trên các tụ bị giảm dần tới một số giá trị ngưỡng.

Ưu, nhược điểm của DRAM

Ưu điểm

• Tốc độ truy cập nhanh hơn so với các loại bộ nhớ khác như ROM hay Flash.
• Chi phí sản xuất thấp hơn so với SRAM.
• Dung lượng lớn hơn so với các loại bộ nhớ khác như SRAM.

Nhược điểm

• DRAM là loại bộ nhớ không ổn định nghĩa là nó cần phải được làm mới liên tục để giữ lại dữ liệu. Điều này có nghĩa là nó sẽ mất dữ liệu nếu không được cấp điện đầy đủ hoặc nếu không được làm mới đúng cách.
• Tốc độ truy cập chậm hơn so với SRAM.
• Điện năng tiêu thụ cao hơn so với SRAM.
• DRAM có thể bị lỗi dữ liệu do nhiễu điện từ hoặc các vấn đề khác.
• DRAM không thể lưu trữ dữ liệu lâu dài như các loại bộ nhớ khác như ROM hay Flash.

SDRAM là gì?

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) còn được gọi là RAM đồng bộ. Đây là loại RAM được phát triển từ RAM động (DRAM), để hoạt động đồng bộ với đồng hồ CPU.

Nó chờ tín hiệu đồng hồ trước khi phản hồi đầu vào dữ liệu (như giao diện người dùng chẳng hạn). Tương tự, với chức năng không đồng bộ, nó sẽ đáp ứng ngay lập tức với dữ liệu đầu vào.

Đặc điểm của SDRAM chính là hoạt động đồng bộ với CPU để xử lý song song các lệnh chồng chéo, nghĩa là khả năng nhận (đọc) một lệnh mới trước khi lệnh trước đó được giải quyết hoàn toàn ( chức năng ghi thông tin). Việc xử lý một lệnh đọc và một lệnh ghi trên mỗi chu kỳ xung nhịp, làm cho tốc độ truyền và hiệu năng CPU tổng thể được cao hơn.

SDRAM mang lại tốc độ xung nhịp của vị xử lý cao hơn nên được dùng rộng rãi hơn so với DRAM cơ bản.

SDR SDRAM là gì?

SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM) được sử dụng phổ biến trên bộ nhớ máy tính, máy chơi game video. SDR SDRAM còn được gọi là RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu đơn, là một thuật ngữ mở rộng của SDRAM.

Tốc độ dữ liệu đơn chính là đặc điểm của SDR SDRAM, nó cho biết cách bộ nhớ xử lý một lệnh đọc và một lệnh ghi trên mỗi chu kỳ đồng hồ, qua đó mà chúng ta có thể phân biệt được SDR SDRAM và DDR SDRAM.

DDR SDRAM là gì?

DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) hay RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép là loại bộ nhớ được sử dụng phổ biến nhất cho máy tính hiện nay.

DDR SDRAM hoạt động tương tự với SDR SDRAM, điểm khác biệt là tốc độ của DDR SDRAM nhanh hơn gấp đôi.

DDR SDRAM có khả năng xử lý hai hướng dẫn đọc và hai lần ghi trên mỗi chu kỳ xung nhịp. Mặc dù có chức năng tương tự, tuy nhiên DDR SDRAM có cấu tạo vật lý khác biệt (184 chân và một rãnh trên đầu nối) so với SDR SDRAM (168 chân và hai rãnh trên đầu nối).

Các loại DDR SDRAM

DDR SDRAM

Thế hệ tiếp theo của SDRAM chính là DDR (Double Data Rate). Như tên gọi chúng ta cũng có thể thấy rằng DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ SDR với tốc độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào việc truyền tải 2 lần trong một chu kỳ bộ nhớ, từ đó tăng gấp đôi tốc độ truyền dữ liệu mà không làm tăng tần số xung nhịp.

Như vậy, tốc độ truyền của DDR SDRAM là gấp đôi SDR SDRAM mà không thay đổi xung nhịp nội bộ (internal clock). DDR SDRAM về cơ bản là thế hệ bộ nhớ DDR đầu tiên, sở hữu bộ đệm tìm nạp trước (prefetch buffer) là 2 bit, gấp đôi SDR SDRAM. Tốc độ truyền của DDR nằm trong khoảng từ 266 đến 400 MT/s. DDR266 và DDR400 cũng thuộc loại RAM này.

DDR2 SDRAM (PC2)

DDR2 là thế hệ thứ hai của DDR với lợi thế lớn nhất so với DDR là có tốc độ Bus cao gấp đôi tốc độ xung, điều này đạt được là nhờ tín hiệu Bus đã được cải thiện đáng kể. Prefetch buffer của DDR2 là 4 bit (gấp đôi so với trên DDR).

Bộ nhớ DDR2 có cùng tốc độ xung nhịp (133 ~ 200 MHz) với DDR, nhưng lại sở hữu tốc độ truyền có thể đạt tới 533 ~ 800MT/s với tín hiệu bus I/O cải tiến. Các loại bộ nhớ DDR2 533 và DDR2 800 hiện đang được sử dụng phổ biến trên thị trường.

DDR3 SDRAM (PC3)

Bộ nhớ DDR3 giúp giảm mức tiêu thụ điện năng lên tới 40% so với các mô-đun DDR2 hiện tại, cho phép dòng điện và điện áp hoạt động thấp hơn (1.5V, so với 1.8V của DDR2 và 2.5 của DDR). Tốc độ truyền của DDR3 rơi vào khoảng 800 ~ 1600MT/s.

Prefetch buffer của DDR3 là 8 bit, trong khi của DDR2 là 4 bit và DDR chỉ là 2 bit. Ngoài ra, DDR3 cũng được bổ sung thêm 2 chức năng, đó là ASR (Automatic Self-Refresh) và SRT (Self-Refresh Temperature), giúp bộ nhớ có khả năng kiểm soát tốc độ làm mới theo sự thay đổi của nhiệt độ.

DDR4 SDRAM (PC4)

DDR4 cung cấp điện áp hoạt động thấp hơn (1.2V) và tốc độ truyền cao hơn so với các thế hệ trước. Tốc độ truyền của DDR4 rơi vào khoảng 2133 ~ 3200MT/s, và đồng thời nó cũng được trang bị thêm 4 công nghệ Bank Group mới, trong đó mỗi Bank Group đều có tính năng hoạt động độc lập.

DDR4 có thể xử lý 4 dữ liệu trong một chu kỳ xung nhịp, vì vậy rõ ràng hiệu quả của mà loại RAM này mang lại tốt hơn đáng kể so với DDR3. Ngoài ra, DDR4 cũng còn được bổ sung thêm một số chức năng hữu ích khác, chẳng hạn như DBI (Data Bus Inversion), CRC (Cyclic Redundancy Check) và CA parity.

Những tính năng này có thể giúp tăng cường tính toàn vẹn tín hiệu của bộ nhớ DDR4, cũng cải thiện tính ổn định của khả năng truyền và truy cập dữ liệu.

DDR5 SDRAM (PC5)

DDR5 SDRAM là một loại bộ nhớ RAM đồng bộ mới nhất được phát triển bởi JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council). DDR5 có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn băng thông rộng hơn và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với thế hệ trước của DDR SDRAM (DDR4).

Bên cạnh việc tăng dung lượng lên gấp 4 lần thì DDR5 còn có băng thông bộ nhớ cao hơn DDR4. Để so sánh thì tốc độ truyền dữ liệu (data rate) chính thức của DDR4 sẽ từ 1600 MTps cho đến 3200 MTps, còn DDR5 thì sẽ là từ 3200 MTps cho đến 6400 MTps, tức là gấp đôi so với DDR4.

Nó được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi cao như trò chơi đồ họa và máy chủ. DDR5 SDRAM cũng có khả năng tương thích ngược với các thế hệ DDR trước đó.

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: DDR SDRAM có tốc độ nhanh hơn SDR SDRAM. DDR SDRAM có thể truyền dữ liệu hai lần trong một chu kỳ xung nhịp trong khi SDR SDRAM chỉ truyền dữ liệu một lần trong một chu kỳ xung nhịp.
• Băng thông: DDR SDRAM có băng thông lớn hơn SDR SDRAM. DDR SDRAM có thể truyền dữ liệu nhanh hơn và có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn trong cùng một thời gian.
• Điện năng tiêu thụ: DDR SDRAM tiêu thụ ít điện năng hơn SDR SDRAM do hoạt động ở điện áp thấp hơn.
• Giá cả: DDR SDRAM thường có giá đắt hơn SDR SDRAM. Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ giá cả của DDR SDRAM đã giảm và trở nên phổ biến hơn.

Tóm lại DDR SDRAM có tốc độ và băng thông cao hơn tiêu thụ ít điện năng hơn và có giá đắt hơn so với SDR SDRAM.