深入理解DRAM刷新机制：异步刷新为何无需扣除刷新时间？
引言
在计算机组成原理和存储器系统的学习中，DRAM（动态随机存取存储器）的刷新机制是一个关键问题。许多同学在学习时会遇到一个疑问：
“为什么异步刷新的刷新信号周期可以直接用
总时间/行数计算（如2ms/32=62.5μs），而集中刷新和分散刷新却需要考虑刷新操作占用的时间？”
这篇文章将系统性地分析 三种DRAM刷新方式（集中刷新、分散刷新、异步刷新），解释为什么异步刷新可以“直接除”，而其他方式不行，并探讨现代DRAM控制器如何优化刷新调度。
1. DRAM为什么需要刷新？
DRAM存储数据的方式是利用 电容电荷，但电荷会随时间泄漏，因此必须定期刷新（重新写入）以保持数据。
刷新关键参数：
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刷新间隔（Refresh Interval, tREFI）：通常为 2ms（所有存储单元必须在2ms内刷新一次）。
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刷新一行的时间（tRC/tRFC）：约 50-100ns（不同DRAM标准不同）。
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行数（Rows）：例如，32×32结构的DRAM有32行。
2. 三种DRAM刷新方式
(1) 集中刷新（Burst Refresh）
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方式：在
2ms的末尾，集中连续刷新所有行，期间CPU无法访问内存（产生“死时间”）。 -
计算：
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总刷新时间 = 行数 × 每行刷新时间（
t_RC）。 -
例如：32行 × 100ns = 3.2μs 的“死时间”。
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必须扣除刷新时间，否则CPU会在这3.2μs内完全停止。
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(2) 分散刷新（Distributed Refresh）
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方式：在每个正常读写周期后插入一个刷新周期，均匀分布刷新操作。
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计算：
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刷新周期 = 一个正常读写周期+一个刷新周期。
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必须扣除刷新时间，因为刷新操作会占用总线周期。
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(3) 异步刷新（Asynchronous Refresh）
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方式：由DRAM控制器管理刷新，刷新请求以固定间隔（如62.5μs）发出，但实际刷新操作可以“排队”执行。
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计算：
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刷新信号周期 =
2ms / 32 = 62.5μs。 -
不扣除刷新时间，因为：
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刷新操作由控制器动态调度，可以在内存空闲时执行。
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只要保证
2ms内完成所有刷新，不严格要求每次刷新按时完成。
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3. 为什么异步刷新可以“直接除”？
关键区别：刷新调度方式
| 刷新方式 | 是否扣除刷新时间 | 原因 |
|---|---|---|
| 集中刷新 | ✔️ 扣除 | 连续刷新，CPU完全停止访问 |
| 分散刷新 | ✔️ 扣除 | 每次刷新占用固定周期 |
| 异步刷新 | ❌ 不扣除 | 刷新操作由控制器动态调度 |
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异步刷新的优势：
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刷新请求以固定间隔（62.5μs）发出，但实际刷新可以延迟执行。
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DRAM控制器会检查内存状态：
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如果内存忙（CPU正在读写），延迟刷新。
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如果内存空闲，立即执行刷新。
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最终保证
2ms内完成所有行刷新，但不严格要求每次刷新按时完成。
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类比理解
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集中刷新：像“期末考试周”，所有复习（刷新）集中在几天，期间不干别的。
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分散刷新：像“每天复习1小时”，固定占用时间。
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异步刷新：像“设定复习提醒，但可以灵活安排”，只要在截止日期前完成即可。
4. 现代DRAM控制器如何优化刷新？
现代DRAM（如DDR4/DDR5）采用 异步刷新 + 智能调度：
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刷新请求 以固定间隔（如62.5μs）发出。
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DRAM控制器 动态管理刷新：
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如果内存正在被访问，推迟刷新。
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如果内存空闲，立即执行刷新。
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避免CPU停顿，提高系统性能。
5. 为什么书本上不同刷新方式计算方式不同？
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集中/分散刷新 是早期DRAM的实现方式，刷新操作严格占用时间，必须扣除。
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异步刷新 是现代DRAM的主流方式，刷新由控制器优化，不严格占用周期，因此可以“直接除”。
6. 总结
| 刷新方式 | 计算方式 | 是否扣除刷新时间 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 集中刷新 | 总刷新时间 = 行数 × t_RC | ✔️ 扣除 | 早期DRAM |
| 分散刷新 | 刷新周期 = (总时间/行数) - t_RC | ✔️ 扣除 | 低性能系统 |
| 异步刷新 | 刷新周期 = 总时间/行数 | ❌ 不扣除 | 现代DRAM |
关键结论：
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异步刷新 的刷新信号周期可以“直接除”（如
2ms/32=62.5μs），因为刷新操作由控制器动态调度，不占用固定时间。 -
集中/分散刷新 必须扣除刷新时间，因为刷新操作会固定占用周期。
7. 延伸思考
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如果刷新操作时间很长（如高温下
t_RC增加），异步刷新是否仍然有效？-
是的，但需要更智能的调度策略，避免刷新堆积。
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DDR5如何进一步优化刷新？
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采用 Same-Bank Refresh，允许部分Bank刷新，其余Bank仍可访问。
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结语
DRAM刷新机制是计算机体系结构中的重要话题，理解不同刷新方式的区别有助于优化内存性能。异步刷新凭借其灵活性成为现代DRAM的主流方案，而集中/分散刷新的计算方式则反映了早期硬件的限制。希望这篇文章能帮助大家彻底理解这个问题！ 🚀