DDR3（三）
目录
- 1 预取
- 1.1 什么是预取
- 1.2 预取有哪些好处
- 1.3 结构框图
- 1.4 总结
- 2 突发
- 2.1 什么是突发
- 2.2 突发与预取
本文讲解DDR中常见的两个术语：预取和突发，对这两个概念理解的关键在于地址线的低位是否参与译码，具体内容请继续往下看。
1 预取
1.1 什么是预取
预取是DDR时代提出的技术，预取的本质上是并串转换，通过并行方式提前取得数据再串行输出，这也符合“预取”的字面含义，即“把数据提前取出”。
1.2 预取有哪些好处
- 提高数据吞吐量： 预取允许在一个时钟周期内从存储阵列中提取多比特数据。随后，在连续的时钟周期里，这些数据通过较窄的数据总线迅速传输到CPU或其他系统组件。通过这种方式，即使I/O总线宽度较小，也能达到较高的有效数据传输速率。
- 减少等待时间： 预取能够利用内存访问的局部性原理，即一旦访问内存的一个位置，附近的内存位置很可能也会很快被访问。通过预先把临近数据加载到缓冲区，内存控制器能在接收到连续数据请求时立即响应，减少了等待时间。
- 优化时序和功耗： 通过减少内存芯片实际访问操作的次数，预取技术有助于优化存储器的访问时序，并降低功耗，因为减少的内存激活和预充电操作会降低能耗。
1.3 结构框图
下面给出SDRAM、DDR、DDR2、DDR3的结构框图，大家可以着重看一下存储单元的位宽和DQ数据线的位宽以及地址线。
- SDRAM
- 下图是SDRAM框图，SDRAM中没有使用预取技术，存储单元的位宽与DQ数据位宽相等
- 9根地址线全部参与译码，对应列地址有512个
- DDR
- 下图是DDR框图，存储单元位宽是8，DQ数据位宽是4，这对应着DDR的2倍预取，即存储单元的位宽是芯片数据位宽的2倍。
- 12根地址线中只有11根地址线参与译码，最低位的地址线COL0未参与译码，但作用于读数据时的MUX（数据选择器）上，以及写数据时的串并转换上
- DDR2
- 下图是DDR2框图，存储单元位宽是64，DQ数据位宽是16，这对应着DDR2的4倍预取，即存储单元的位宽是芯片数据位宽的4倍。
- 10根地址线中只有8根地址线参与译码，最低位的地址线COL0、COL1未参与译码，但作用于读数据时的MUX（数据选择器）上，以及写数据时的串并转换上
- DDR3
- 下图是DDR3框图，存储单元位宽是64，DQ数据位宽是8，这对应着DDR3的8倍预取，即存储单元的位宽是芯片数据位宽的8倍。
- 10根地址线中只有7根地址线参与译码，最低位的地址线COL0、COL1、COL2未参与译码，但作用于读数据时的MUX（数据选择器）上，以及写数据时的串并转换上
1.4 总结
- 下面我们针对地址线进行分析，以DDR3为例，上图中的DDR3每个逻辑bank的大小为65536 * 128 * 64，这样看来每个存储单元的大小是64 bits，但要注意的是，DDR3的10位地址线中只有7位参与了每个逻辑bank的译码，最低位的3根地址线并未参与内部逻辑bank的译码。因此，内部存储单元的一个 64bits其实对应8个地址。
- 同时，值得注意的是，在读数据的过程中，COL0、COL1、COL2三根地址线是作为MUX的数据选择信号的，这也印证了我们上面所说的：这64 bits数据也只不过是8个地址等效存储的数据。
- 正是由于预取技术，才导致了存储单元的位宽与DQ数据线的位宽不一致，这一点很容易让初学者产生误解。
| 名称 | 数据预取 （n代表芯片数据位宽，即DQ位宽） |
|---|---|
| DDR | 2-n |
| DDR2 | 4-n |
| DDR3 | 8-n |
2 突发
2.1 什么是突发
- 突发指的是，当我们选中一行后，将相邻的存储单元进行连续的数据传输，即指定行起始地址和列起始地址，读写控制器就会对该地址后连续的存储单元进行读/写操作，这个过程叫做突发。
- 突发传输的过程中不需要读写控制器连续地提供地址
2.2 突发与预取
- 以上图中的DDR3为例，突发长度为8，就意味着连续传输8个数据。由上面对预取的分析，地址线连续变化8次，DDR3内核读写一次数据，刚好对应突发长度为8
- 每突发一次，虽然DQ数据线上出现了8个数据，但内核的读写只进行了一次
- 以DDR3为例，每个存储单元64 bits数据是8个地址等效存储的数据，最终等效的结果还是每个地址的数据位宽就是DQ数据位宽。因此，8倍预取也可以理解为一次对8个等效内存单元的数据进行读写操作。